英伟达公布超级计算机：量子计算引入发动机
在国际超算大会（ISC）上，NVIDIA（英伟达）公布了一个搭载384颗NVIDIA Grace CPU超级芯片的超级计算机Isambard 3。这台超级计算机跻身世界三大最环保的非加速超级计算机之列，FP64峰值性能将达到约2.7 petaflops，功耗低于270千瓦。
面向量子计算，NVIDIA今日宣布两项关键进展，包括与罗尔斯·罗伊斯、量子软件公司Classiq宣布量子计算在喷气发动机计算流体动力学领域取得突破性进展，以及宣布计划与德国于利希研究中心（FZJ）的于利希超算中心（JSC）联合建立一座新的量子计算实验室。
一、Isambard 3超算：能效提升6倍，将用于气候科学、医学研究
这台超级计算机将配备384颗基于Arm架构的NVIDIA Grace CPU超级芯片，用于推动医学和科学研究，其性能和能效预计将达到Isambard 2的6倍，使其成为欧洲最节能的系统之一。
Isambard项目首席研究员、布里斯托大学高性能计算教授Simon McIntosh-Smith评价其“媲美全球超级计算机500强中排名前50的超级计算机，将为科学家提供革命性的全新超级计算平台，以推进科研工作取得突破”。
包括Isambard 3在内，越来越多的超级计算机正在采用基于Arm架构的NVIDIA芯片。比如瑞士国家超算中心和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室正在建造配备GPU的超级计算机。
由HPE建设的Isambard 3将助力欧洲科研界在人工智能、生命科学、医学、天体物理学和生物技术方面取得突破。它将能够创建风电场和聚变反应堆等超复杂结构的详细模型，以帮助科研人员在清洁能源和绿色能源方面取得新进展。
由NVIDIA Grace驱动的系统将延续Isambard 2的分子机制模拟工作，以更好地了解帕金森病，并为骨质疏松症和COVID-19寻找新的治疗方法。这些计算密集型应用受益于Grace超级芯片中提供的最高性能的核心、最高的内存带宽和最优的单核内存容量。
二、采用NVIDIA量子计算平台，模拟全球最大计算流体力学量子电路
在ISC期间，NVIDIA、全球航空业的领导者罗尔斯·罗伊斯和量子软件公司Classiq宣布了一项量子计算突破，旨在不断提高喷气发动机效率。
喷气式发动机是地球上最复杂的设备之一，其设计成本非常高昂，而且计算难度极大。罗尔斯·罗伊斯致力于建造最先进的喷气发动机，以更加可持续的航空设备推动能源转型。
当今量子计算机仅能支持只有几层的电路深度。罗尔斯·罗伊斯正使用GPU为量子未来做准备，计划使用新的电路发挥量子在CFD中的优势，同时使用经典和量子计算方法来模拟喷气发动机设计的性能。罗尔斯·罗伊斯计算科学研究员Leigh Lapworth说，将经典和量子计算方法直接用于解决喷气发动机的设计难题，会帮助罗尔斯·罗伊斯加快进程并进行更复杂的计算。
“NVIDIA的量子计算平台不仅为罗尔斯·罗伊斯提供了一条解决这些问题的潜在路径，还加快了该公司研究和在未来开发更加高效的喷气式发动机的速度。”NVIDIA超大规模和高性能计算副总裁Ian Buck谈道。
通过采用NVIDIA的量子计算平台，两家公司设计并模拟了世界上最大的计算流体力学（CFD）量子计算电路。该电路测量深度为1000万层，有39个量子位。
罗尔斯·罗伊斯及其合作伙伴以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引擎设计了该电路，然后使用NVIDIA A100 Tensor Core GPU对其进行模拟，并采用NVIDIA cuQuantum软件开发套件以保证量子计算流程的速度和规模。
NVIDIA提供了一个加快各学科量子研究和开发突破的统一计算平台。Grace Hopper超级芯片集NVIDIA Hopper架构GPU的性能与NVIDIA Grace CPU的多功能性于一身。高速、低延迟的NVIDIA NVLink-C2C互连技术优化了使用该超级芯片构建的经典系统与量子处理器或QPU的连接。Grace Hopper每个节点共有600GB快速访问内存，令量子生态系统能够进一步扩大这些模拟的规模。
作为一座通往未来量子计算的“战略性桥梁”，Grace Hopper驱动着全球首个将量子计算与最先进的经典计算相结合的GPU加速量子计算系统DGX Quantum。NVIDIA还为开发者提供了一个连接GPU和QPU的开源编程模型NVIDIA CUDA Quantum，以实现量子与经典计算的紧密集成。
三、共建量子计算实验室，向混合量子-经典计算迈出重要一步
当前全球大量的量子计算研究都在NVIDIA GPU上运行。欧洲最大的量子计算设施之—于利希超级计算中心（JSC）也在ISC上宣布，计划与NVIDIA共同建立一座量子计算实验室。该实验室与慕尼黑的ParTec AG一起在NVIDIA量子计算平台的基础上开发一台经典-量子超级计算机。
这个新的实验室将由欧洲最大的跨学科研究中心之一德国于利希研究中心（FZJ）运营，并作为于利希量子计算用户基础设施（JUNIQ）的一部分，运行高性能、低延迟的量子-经典计算工作负载。JUNIQ目前正在使用搭载3744颗NVIDIA A100 Tensor Core GPU的JUWELS加速系统进行量子计算模拟。
JSC计划采用分阶段的方式测试该系统，使用NVIDIA CUDA量子编程模型对量子处理器进行编程，并将其集成到于利希超大规模模块化超级计算架构中。
量子计算和GPU超级计算的统一化是未来在科学领域取得突破的关键之一。NVIDIA高性能计算兼量子计算总监Timothy Costa说：“NVIDIA与于利希超级计算中心、ParTec等创新者的合作是量子-经典计算领域的一座重要里程碑，不仅使无数新的研究人员能够使用量子-经典计算，而且距离第一台量子加速超级计算机又近了一步。”
JSC量子信息处理部主管Kristel Michielsen认为，混合量子-经典系统正在使量子计算更接近现实，以解决单靠经典计算无法解决的复杂问题。他谈道，通过与NVIDIA合作建立这座模块化量子计算实验室，JSC的研究人员可以在化学和材料科学领域取得前所未有的进步，推动各个科学学科和行业实现更加广泛的变革性进展。
ParTec AG首席执行官Bernhard Frohwitter相信：“量子计算机将成为未来任何异构超级计算机必不可少的组成部分。”
此外，集成CUDA Quantum的最新QPU制造商ORCA Computing正在将其光子量子计算机与用于机器学习的GPU相结合。两个热门量子机器学习框架TensorFlow Quantum和TorchQuantum也已集成cuQuantum。如今，全球大多数量子计算软件均支持NVIDIA量子平台的GPU加速功能。
结语：掀起新型节能超算浪潮，加快科学与工业研究突破
从气候变化到医学，再到量子计算，都是长期探索的重要科研领域。而超级计算已经使得加速破解科研难题、突破发现界限成为可能。从今年ISC期间的多项发布来看，NVIDIA的产品在超级计算领域的存在感正变得越来越强。
通过与Arm Neoverse生态系统合作，NVIDIA基于Arm的Grace超级计算芯片正为打造更节能的超级计算中心铺平道路，再加上其王牌硬件产品GPU以及CUDA Quantum等软件“组合拳”，NVIDIA加速的系统将推动更广范围的科学与工业研究取得突破性进展。