登峰造極:加速運算技術推動全球最快的超級電腦

作者 Ian Buck

全球最強超級電腦 Summit,首部超越 exaop 門檻的 AI 系統

搭載 27,648 個 NVIDIA GPU ,讓頂尖科學家搶得先機

說它是史上最強大的科學工具,或者是運算的新典範什麼都好,就是別說它慢,不管你看到什麼數字,週五在橡樹嶺國家實驗室首次亮相的 Summit 超級電腦,都有著超高速的運算能力。

這台龐大的機器搭載27,648個 Volta Tensor Core GPU,運算速度超過 3 exaops,相當於每秒達到3乘10的18次方次運算,較僅在五年前打造出之前美國最快的超級電腦 Titan 運算速度快上百倍,而其中 95% 的運算能力來自 GPU。

這部專為美國能源部打造,旨在解決我們這個時代各項重大難題的機器,將協助全球頂尖科學家加快在高能物理學、材料開發、醫療保健等領域的研究進度,且有著 200 petaflops 的運算能力以進行高精度科學模擬。

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NVIDIA 執行長黃仁勳

NVIDIA 執行長黃仁勳週五在 Summit 超級電腦的首次亮相活動上說(在此閱讀他的演講全文)。 Summit 超級電腦有著超高的運算速度,但它所代表的意涵卻更加顯著。Summit 超級電腦這項偉大的科學工具,將會吸引全球傑出科學家紛紛使用。

這可謂是科學領域的時光機。

故事背後的故事:十年前橡樹嶺國家實驗室的團隊是全美首個意識到需要新型運算技術的單位。過去將一個電晶體堆疊在另一個電晶體上的作法,無法提供他們所需的工作效率。

2012年他們大膽打造了全球運算速度最快的超級電腦 Titan,每個節點都有一個 GPU。他們的勇氣得到了回報。如今有超過550個高效能運算(HPC)應用程式採用 GPU 加速技術,其中15個最廣泛使用的應用程式都是使用 GPU 加速技術。他們的心血重新塑造了超級電腦領域的發展樣貌。

為運算領域寫下新的篇章

Summit 超級電腦是運算領域新的篇章。不只是為了橡樹嶺國家實驗室,也為了整個運算領域。我們的研究團隊與美國能源部合作研發先進技術的時間,已經超過了11個年頭,這些先進技術包括 Summit 超級電腦核心所採用的 Volta GPU 與 NVLink 高速互連技術。 Summit 超級電腦並非在每個節點上配置一個 GPU,而是搭載六個 Tensor Core GPU,較 Titan 超級電腦的模擬效能高出十倍。

正如 Titan 超級電腦對加速模擬領域產生出鼓舞作用一樣,Summit 超級電腦將激勵全球科學家利用人工智慧,透過模擬來推動新的發現。在背後支援 Summit 超級電腦的技術,已經在從 PC、伺服器、工作站,再到龐大雲端運算系統等平台上,加快科學家的研究腳步。

「Summit 超級電腦是全新一類的電腦,它是世上最大的人工智慧超級電腦,一台會學習的機器。它的軟體會編寫出人類能力寫不出的出色軟體。」黃仁勳說。

Searidge control windows

融合人工智慧與高效能運算

Summit 超級電腦將會跟新一代為人工智慧打造的機器有著相似的 DNA,但它有著無人能及的運算速度。研究人員將能使用稱為半精度(或稱為 FP16)之簡化後的運算技術,將 Summit 超級電腦的效能提升15倍到 exascale 等級,相當於每秒達到10的18次方次運算。

這是非常驚人的數字。如果用一粒沙子來表示每一次計算,那麼你可以在一秒鐘內用沙子填滿休斯頓巨蛋體育館的次數為350次。

Summit 超級電腦在科學方面的效力

這種速度將讓這一代的科學家創造出奇蹟。橡樹嶺國家實驗室集合了渴望利用超級電腦來完成各項心血結晶的科學家,是尖端科學的誕生地,。

那正是 Summit 超級電腦已經排滿了工作的原因,它接下來要執行的加速項目有:

  • 癌症研究:美國能源部與國家癌症研究所正在開發一項名為 CANcer 分佈式學習環境(CANDLE)的計畫,目標是開發能自動擷取、分析和分類健康資料的工具,以揭露出基因、生物標記和環境等疾病因素間過去不為人知的關係。
  • 核融合能源:核融合是太陽的能量來源,長久以來一直被視為是取之不竭的乾淨能源。Summit 超級電腦將能模擬核融合反應爐及其磁約束等離子體,加快商業發展的腳步。
  • 疾病與成癮:研究人員將使用人工智慧來找出人類蛋白質和細胞系統的功能及進化模式,這些模式有助於讓我們更深入認識阿茲海默症、心臟病或各種成癮症狀,以及得知藥物研發過程。

人類未來的大飛躍

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IBM 執行長 Ginni Rometty(左)、美國能源部長 Rick Perry(中)與 NVIDIA 創辦人暨執行長黃仁勳(右),三人出席田納西州橡樹嶺橡樹嶺國家實驗室,介紹全球運算速度最快的 Summit 超級電腦。

大規模運用機器學習與深度學習等技術,科學家們將在 Summit 超級電腦上取得重大突破,有助於推動經濟發展、改善醫療保健和提供充沛的能源。此舉可以拯救地球,那便是我們需要發展速度更快之超級電腦的原因。

那也正是為什麼我們已經準備好迎接下一個在運算方面之重大挑戰的原因:打造世上首具 Exascale 級的加速運算超級電腦。我們努力協助完成這項工作,各地的科學家和研究人員可以繼續前進。

「我要向我在橡樹嶺國家實驗室的朋友和同事們道賀,恭喜他們打造出 Summit 超級電腦。我們可以藉此繼續邁向高峰。」黃仁勳說。

關於這具世上最快之超級電腦的五件事

  • 200 petaflop-如果地球上的每個人花一秒鐘進行一次計算,得花上一年的時間才能完成 Summit 超級電腦在一秒鐘裡完成的任務。
  • 人工智慧運算速度達 3 exaop-如果地球上的每個人花一秒鐘進行一次計算,得花上15年的時間才能完成 Summit 超級電腦在一秒鐘裡完成的任務。。
  • 基因小組在一次早期測試中,花了一個小時解決了一個問題,而要是使用 PC 的話,得花上30年的時間才能解決。
  • Summit 超級電腦5600平方呎的機櫃空間大小,相當於兩個網球場的大小。
  • Summit 超級電腦的重量相當於一架商用噴射機。