在國際超算大會（ISC）上，NVIDIA（英偉達）公佈了一個搭載384顆NVIDIA Grace CPU超級晶片的超級計算機Isambard3。這台超級計算機躋身世界三大最環保的非加速超級計算機之列，FP64峰值性能將達到約2.7 petaflops，功耗低於270千瓦。
面向量子計算，NVIDIA今日宣佈兩項關鍵進展，包括與羅爾斯·羅伊斯、量子軟件公司Classiq宣佈量子計算在噴氣發動機計算流體動力學領域取得突破性進展，以及宣佈計劃與德國於利希研究中心（FZJ）的於利希超算中心（JSC）聯合建立一座新的量子計算實驗室。
一、Isambard3超算：能效提升6倍，將用於氣候科學、醫學研究
Isambard3超級計算機位於英國布里斯托和巴斯科學園。作為英國GW4科研聯盟的一部分，該項目由布里斯托大學、巴斯大學、卡迪夫大學和埃克塞特大學牽頭。Isambard3在2024年春季投入使用後，布里斯托大學預計註冊用戶數量將大幅超過目前的800人。
這台超級計算機將配備384顆基於Arm架構的NVIDIA Grace CPU超級晶片，用於推動醫學和科學研究，其性能和能效預計將達到Isambard2的6倍，使其成為歐洲最節能的系統之一。
Isambard項目首席研究員、布里斯托大學高性能計算教授Simon McIntosh-Smith評價其「媲美全球超級計算機500強中排名前50的超級計算機，將為科學家提供革命性的全新超級計算平台，以推進科研工作取得突破」。
包括Isambard3在內，越來越多的超級計算機正在採用基於Arm架構的NVIDIA晶片。比如瑞士國家超算中心和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室正在建造配備GPU的超級計算機。
由HPE建設的Isambard3將助力歐洲科研界在人工智能、生命科學、醫學、天體物理學和生物技術方面取得突破。它將能夠創建風電場和聚變反應堆等超複雜結構的詳細模型，以幫助科研人員在清潔能源和綠色能源方面取得新進展。
由NVIDIA Grace驅動的系統將延續Isambard2的分子機制模擬工作，以更好地了解帕金森病，並為骨質疏鬆症和COVID-19尋找新的治療方法。這些計算密集型應用受益於Grace超級晶片中提供的最高性能的核心、最高的內存帶寬和最優的單核內存容量。
二、採用NVIDIA量子計算平台，模擬全球最大計算流體力學量子電路
在ISC期間，NVIDIA、全球航空業的領導者羅爾斯·羅伊斯和量子軟件公司Classiq宣佈了一項量子計算突破，旨在不斷提高噴氣發動機效率。
噴氣式發動機是地球上最複雜的設備之一，其設計成本非常高昂，而且計算難度極大。羅爾斯·羅伊斯致力於建造最先進的噴氣發動機，以更加可持續的航空設備推動能源轉型。
當今量子計算機僅能支持只有幾層的電路深度。羅爾斯·羅伊斯正使用GPU為量子未來做準備，計劃使用新的電路發揮量子在CFD中的優勢，同時使用經典和量子計算方法來模擬噴氣發動機設計的性能。羅爾斯·羅伊斯計算科學研究員Leigh Lapworth說，將經典和量子計算方法直接用於解決噴氣發動機的設計難題，會幫助羅爾斯·羅伊斯加快進程並進行更複雜的計算。
「NVIDIA的量子計算平台不僅為羅爾斯·羅伊斯提供了一條解決這些問題的潛在路徑，還加快了該公司研究和在未來開發更加高效的噴氣式發動機的速度。」NVIDIA超大規模和高性能計算副總裁Ian Buck談道。
通過採用NVIDIA的量子計算平台，兩家公司設計並模擬了世界上最大的計算流體力學（CFD）量子計算電路。該電路測量深度為1000萬層，有39個量子位。
羅爾斯·羅伊斯及其合作夥伴以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引擎設計了該電路，然後使用NVIDIA A100 Tensor Core GPU對其進行模擬，並採用NVIDIA cuQuantum軟件開發套件以保證量子計算流程的速度和規模。
NVIDIA提供了一個加快各學科量子研究和開發突破的統一計算平台。Grace Hopper超級晶片集NVIDIA Hopper架構GPU的性能與NVIDIA Grace CPU的多功能性於一身。高速、低延遲的NVIDIA NVLink-C2C互連技術優化了使用該超級晶片構建的經典系統與量子處理器或QPU的連接。Grace Hopper每個節點共有600GB快速訪問內存，令量子生態系統能夠進一步擴大這些模擬的規模。
作為一座通往未來量子計算的「戰略性橋樑」，Grace Hopper驅動着全球首個將量子計算與最先進的經典計算相結合的GPU加速量子計算系統DGX Quantum。NVIDIA還為開發者提供了一個連接GPU和QPU的開源編程模型NVIDIA CUDA Quantum，以實現量子與經典計算的緊密集成。
三、共建量子計算實驗室，向混合量子-經典計算邁出重要一步
當前全球大量的量子計算研究都在NVIDIA GPU上運行。歐洲最大的量子計算設施之—於利希超級計算中心（JSC）也在ISC上宣佈，計劃與NVIDIA共同建立一座量子計算實驗室。該實驗室與慕尼黑的ParTec AG一起在NVIDIA量子計算平台的基礎上開發一台經典-量子超級計算機。
這個新的實驗室將由歐洲最大的跨學科研究中心之一德國於利希研究中心（FZJ）運營，並作為於利希量子計算用戶基礎設施（JUNIQ）的一部分，運行高性能、低延遲的量子-經典計算工作負載。JUNIQ目前正在使用搭載3744顆NVIDIA A100 Tensor Core GPU的JUWELS加速系統進行量子計算模擬。
JSC計劃採用分階段的方式測試該系統，使用NVIDIA CUDA量子編程模型對量子處理器進行編程，並將其集成到於利希超大規模模塊化超級計算架構中。
量子計算和GPU超級計算的統一化是未來在科學領域取得突破的關鍵之一。NVIDIA高性能計算兼量子計算總監Timothy Costa說：「NVIDIA與於利希超級計算中心、ParTec等創新者的合作是量子-經典計算領域的一座重要里程碑，不僅使無數新的研究人員能夠使用量子-經典計算，而且距離第一台量子加速超級計算機又近了一步。」
JSC量子信息處理部主管Kristel Michielsen認為，混合量子-經典系統正在使量子計算更接近現實，以解決單靠經典計算無法解決的複雜問題。他談道，通過與NVIDIA合作建立這座模塊化量子計算實驗室，JSC的研究人員可以在化學和材料科學領域取得前所未有的進步，推動各個科學學科和行業實現更加廣泛的變革性進展。
ParTec AG行政總裁Bernhard Frohwitter相信：「量子計算機將成為未來任何異構超級計算機必不可少的組成部分。」
此外，集成CUDA Quantum的最新QPU製造商ORCA Computing正在將其光子量子計算機與用於機器學習的GPU相結合。兩個熱門量子機器學習框架TensorFlow Quantum和TorchQuantum也已集成cuQuantum。如今，全球大多數量子計算軟件均支持NVIDIA量子平台的GPU加速功能。
結語：掀起新型節能超算浪潮，加快科學與工業研究突破
從氣候變化到醫學，再到量子計算，都是長期探索的重要科研領域。而超級計算已經使得加速破解科研難題、突破發現界限成為可能。從今年ISC期間的多項發佈來看，NVIDIA的產品在超級計算領域的存在感正變得越來越強。
通過與Arm Neoverse生態系統合作，NVIDIA基於Arm的Grace超級計算晶片正為打造更節能的超級計算中心鋪平道路，再加上其王牌硬件產品GPU以及CUDA Quantum等軟件「組合拳」，NVIDIA加速的系統將推動更廣範圍的科學與工業研究取得突破性進展。
