最新款GPU驅動型超級計算機加速各類科學研究

作為目前世界上運行速度最快的超級計算機，Summit在距其初次亮相數周后就已經憑借其迅猛的性能為各個科研領域提供了強力支持。從超導體到成癮性機制的研究，Summit的出現對于科學領域研究成果的突破起到了至關重要的作用。

Summit位于美國田納西州橡樹嶺國家實驗室 (ORNL)，目前已開始為 CoMet（可識別出與疾病相關聯的基因模式的應用程序）提供運行支持，其運行速度要比上一代產品Titan快150倍。另一款運行于其上的應用程序是QMCPACK，該應用可處理量子蒙特卡羅模擬，以探索新一代超導體等新型材料。這一過程的運行速度要比Titan快50倍。

Summit之所以能夠為應用廣泛的科研領域提供加速，要歸功于NVIDIA十多年來對“堆?！奔夹g的全方位投資，其中涉及到GPU并行處理器的架構改進、系統(tǒng)設計、軟件、算法和應用程序優(yōu)化等方方面面。在整個堆棧領域范圍內進行創(chuàng)新并不容易，但卻異常重要，因為隨著摩爾定律的失效，性能提升將不會再輕易自動實現。

Summit由27648塊NVIDIA GPU提供支持，是為加速各類科學研究而打造的最新款GPU驅動型超級計算機。這臺計算機專為美國能源部的項目打造，是全球第一臺每秒可完成超過100petaflops的超級計算機，能夠加速世界頂尖科學家在高能物理學、材料發(fā)現、醫(yī)療等各個領域的科研進步。

但Summit的優(yōu)勝之處并不僅在于速度。與Titan每個節(jié)點運行一塊GPU的布局不同，Summit在每個節(jié)點都搭載了6塊Tensor Core GPU。這使得Summit在得以靈活運行傳統(tǒng)模擬的同時，還能適用于GPU深度學習。自從六年前推出Titan以來，深度學習已經顛覆了整個計算世界的格局。

Volta如何奠定基石

有了Volta，我們得以重塑GPU。其革命性的Tensor Core架構使得多精度計算成為可能。因此可以在半精度(FP16)下達到每秒125萬億次的浮點運算速度。而如果需要執(zhí)行更大范圍或更高精度的計算（如進行科學模擬），也同樣能夠以單精度(FP32)和雙精度(FP64)運行。

Volta融合了深度學習所需的高效處理能力和科學模擬所需的高精度計算能力，是AI和高性能計算的強勁計算動力之源。

借助NVIDIA的全棧優(yōu)化方法，在諸如Summit的基于Volta的系統(tǒng)上，研究人員得以加快其原始運行速度。從而讓我們能夠以更快的速度找到應對重大挑戰(zhàn)的解決方案。在一開始就有機會使用Summit的研究人員，已經在基因組和材料科學等研究中證明了這一方法的優(yōu)勢，從而有希望為現實世界帶來真正的益處。

解開遺傳之謎

基因決定了我們容易患上哪些疾病和癥狀。阿爾茨海默病等疾病或慢性疼痛等癥狀可能引發(fā)阿片類藥物成癮的現象，但只有10％的阿片類處方藥物可能會導致上癮。

人類基因組由30億個核苷酸組成，需要進行大量計算才能全面了解各種基因組合，以及導致慢性疼痛或阿片類藥物成癮的基因組合。這種可能的基因組合數量甚至比宇宙中的原子數量還要多。

Summit在每個節(jié)點上都采用了6塊V100 Tensor Core GPU，可提供高于Titan 150倍的性能，并能夠完成之前不可能實現的基因模式探索。這為在一系列疾病方面實現醫(yī)學突破鋪平了道路，如心臟病、癌癥、阿爾茨海默病以及阿片類藥物成癮癥。

釋放超導之力

超導體是迄今為止被發(fā)現的最令人激動的材料之一。它能夠在沒有任何能量損失的情況下傳輸電力，還可以用于永久性儲存能量?？梢詫⑵溆糜陂_發(fā)MRI（核磁共振成像）設備、磁懸浮列車以及磁聚變裝置等的強大科學磁體。

但面臨的一個主要挑戰(zhàn)是：超導體只能在極低溫度(-243℃)下工作，而創(chuàng)造這一溫度條件的造價不菲，例如使用液氦。

高溫超導體(HTS)只需在-70℃下工作，但它易碎且難以生產。量子蒙特卡羅 (QMC) 電子結構計算可以幫助識別具有金屬性質的新型HTS材料。

研究人員對QMCPACK進行了優(yōu)化以使其適合在Summit的Volta GPU上運行，且其在Summit節(jié)點上的運算速度比Titan要高出50倍。這讓研究人員得以大幅提升可模擬材料的復雜度，同時極大地加快了對于經濟實惠的新型超導體的發(fā)掘歷程。

AI和模擬：強強聯合

Summit極好地詮釋了當前超級計算機和機器類型的轉變潮流：既有極快的運行速度，可以加速科學模擬，同時又足夠智能，可以從海量數據中獲得洞察。

這一強強聯合，有希望助力當代科學家們創(chuàng)造研究奇跡。借助Summit及類似系統(tǒng)，我們將竭盡全力確保它們不負眾望。