【走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室】

　　◎本報(bào)駐德國(guó)記者 李 山

　　位于慕尼黑附近的巴伐利亞科學(xué)院萊布尼茨計(jì)算中心(LRZ)是德國(guó)最著名的超算中心之一。作為德國(guó)高斯超算中心的重要組成部分，LRZ與聯(lián)想和英特爾合作的超級(jí)計(jì)算機(jī)SuperMUC-NG曾在2019年全球高性能計(jì)算TOP500榜單中排名第9?，F(xiàn)在，LRZ致力于用量子處理器作為超算的加速器，推動(dòng)前沿的量子—經(jīng)典混合計(jì)算架構(gòu)的發(fā)展。

　　近日，科技日?qǐng)?bào)記者應(yīng)邀走訪(fǎng)了萊布尼茨計(jì)算中心。

　　超算為科研提供強(qiáng)大助力

　　“成立61年來(lái)LRZ始終致力于向德國(guó)乃至歐洲大陸的科學(xué)研究及學(xué)術(shù)界專(zhuān)業(yè)人士提供高性能計(jì)算資源。”萊布尼茨計(jì)算中心副主任赫爾穆特·萊瑟教授向記者介紹說(shuō)。LRZ是慕尼黑當(dāng)?shù)氐拇髮W(xué)和科研機(jī)構(gòu)，特別是慕尼黑工大和慕尼黑大學(xué)的中央IT服務(wù)提供商，服務(wù)范圍包括12萬(wàn)名大學(xué)生、27000多名雇員和1900多位教授。

　　萊瑟談道，LRZ可為用戶(hù)提供橫跨天體物理、流體力學(xué)、生命科學(xué)等各種復(fù)雜領(lǐng)域的科學(xué)研究支持。其服務(wù)包括高性能計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)和可視化、量子計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)等。LRZ引以為傲的研究成果包括完成影響巨大的蘇門(mén)答臘地震和海嘯的模擬。作為歐洲高級(jí)計(jì)算合作伙伴關(guān)系計(jì)劃的成員，其任務(wù)不僅是管理指數(shù)級(jí)的海量數(shù)據(jù)，還能快速處理和分析數(shù)據(jù)，加快科學(xué)研究的進(jìn)展。

　　以L(fǎng)RZ很有特色的虛擬現(xiàn)實(shí)和可視化中心為例。分辨率超過(guò)820萬(wàn)像素的3D Powerwall可用于復(fù)雜模型的分析；5面投影的CAVE則可模擬環(huán)境和3D模型創(chuàng)造一個(gè)虛擬空間，使用者在其中可獲得完全的沉浸感。據(jù)萊瑟介紹，近10年來(lái)，該中心完成了大約150個(gè)相關(guān)的項(xiàng)目，包括探索湍流如何塑造星際介質(zhì)，從而幫助恒星和行星的形成；人體動(dòng)脈和靜脈中的血液流動(dòng)的模擬；以及巴伐利亞地質(zhì)歷史或水文學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等。

　　聯(lián)想帶來(lái)高溫水冷技術(shù)

　　帶領(lǐng)記者參觀LRZ超級(jí)計(jì)算機(jī)等重要設(shè)施的過(guò)程中，萊瑟進(jìn)一步介紹了超算系統(tǒng) SuperMUC-NG的情況。2017年，聯(lián)想聯(lián)合英特爾向LRZ交付了擁有311040顆內(nèi)核的超算系統(tǒng)，為計(jì)算中心提供了強(qiáng)大的實(shí)測(cè)峰值19.5PFlop/s的計(jì)算能力。2021年開(kāi)始，三方繼續(xù)開(kāi)展第二階段合作。LRZ選擇了帶有水冷技術(shù)的聯(lián)想NeXtScale System M5高密度服務(wù)器，配備3072個(gè)聯(lián)想NeXtScale nx360 M5 WCT計(jì)算節(jié)點(diǎn)。預(yù)計(jì)第二階段的計(jì)算節(jié)點(diǎn)性能將達(dá)到第一階段的4倍。

　　萊瑟特別談道了聯(lián)想提供的溫水水冷技術(shù)。SuperMUC-NG使用45℃的溫水進(jìn)行冷卻。研究人員為此開(kāi)發(fā)了一個(gè)單獨(dú)的冷卻回路，通過(guò)不使用任何額外的能源來(lái)降低水溫，可以進(jìn)一步降低能源消耗。萊瑟強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“通過(guò)這樣的水冷技術(shù)，我們可降低數(shù)據(jù)中心整體能耗效率至1.1以下，并實(shí)現(xiàn)余熱再利用?！甭?lián)想提供的溫水水冷技術(shù)解決方案，可去除計(jì)算系統(tǒng)中約90%的熱量，相較于傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)節(jié)能約35%。同時(shí)，系統(tǒng)的余熱還能在冬季為辦公室供暖，使能源效率得到進(jìn)一步提高。

　　談到LRZ未來(lái)的發(fā)展，萊瑟說(shuō)：“LRZ正在進(jìn)行下一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)備工作。新系統(tǒng)將通過(guò)創(chuàng)新合作伙伴關(guān)系創(chuàng)建。目前聯(lián)想已成為被選中的兩家公司之一?！盠RZ計(jì)劃在未來(lái)10年內(nèi)推出比SuperMUC-NG強(qiáng)大5—10倍的超大規(guī)模系統(tǒng)ExaMUC。初步入選的兩家企業(yè)正與LRZ一起開(kāi)發(fā)和優(yōu)化原型。到2023年底，哪家公司最終為L(zhǎng)RZ建造下一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)將塵埃落定。除了國(guó)際環(huán)境和節(jié)能之外，與量子計(jì)算和人工智能的結(jié)合優(yōu)勢(shì)或許也是LRZ重要的考量因素。

　　開(kāi)發(fā)量子—經(jīng)典混合計(jì)算架構(gòu)

　　萊瑟說(shuō)：“目前的量子計(jì)算機(jī)適用于解決非常特定類(lèi)別的問(wèn)題。但是，它并不適合所有問(wèn)題。解決的辦法是將量子計(jì)算機(jī)集成到超級(jí)計(jì)算機(jī)中，并自動(dòng)判斷這部分問(wèn)題是否適合使用量子計(jì)算機(jī)。如果適合就將這部分問(wèn)題發(fā)送給量子計(jì)算機(jī)；如果不適合，就把它們發(fā)送給經(jīng)典的超級(jí)計(jì)算機(jī)。也就是說(shuō)，長(zhǎng)期目標(biāo)是使用量子計(jì)算機(jī)作為超級(jí)計(jì)算機(jī)的加速組件。”此外，量子與經(jīng)典混合的計(jì)算架構(gòu)還有望解決目前量子處理器仍然存在的噪聲、退相干等難題。通過(guò)云服務(wù)，超算中心也可更好地為用戶(hù)提供量子計(jì)算服務(wù)。

　　2021年成立量子集成中心后，LRZ陸續(xù)獲得了Atos公司提供的量子學(xué)習(xí)機(jī)，以及芬蘭IQM公司提供的首批3個(gè)量子處理器和一套冷卻裝置。LRZ計(jì)劃先實(shí)現(xiàn)數(shù)字模擬量子計(jì)算機(jī)，然后將20個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)集成到下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)中，到2026年將其中運(yùn)行的量子處理器的大小增加到100個(gè)量子比特。萊瑟說(shuō)：“目前我們還沒(méi)有20個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，有的是5個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。我們會(huì)繼續(xù)建造20個(gè)量子比特、50個(gè)量子比特，然后是100個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。軟件方面，我們目前正在簡(jiǎn)化和優(yōu)化量子編程框架軟件?！?/p>

　　至于什么時(shí)候可使用這樣的耦合系統(tǒng)？萊瑟坦言：“這很難說(shuō)。樂(lè)觀者相信可在5年內(nèi)。但我想這不會(huì)在未來(lái)5年內(nèi)發(fā)生。我認(rèn)為在15到20年之內(nèi)能將量子計(jì)算機(jī)自動(dòng)集成到超級(jí)計(jì)算機(jī)中?！币坏┝孔佑?jì)算機(jī)可由超級(jí)計(jì)算機(jī)控制，將向?qū)嵱眯赃~出重要一步，并且可以構(gòu)建和配置額外的組件或軟件。LRZ及其研究合作伙伴期待著超級(jí)計(jì)算的下一個(gè)重大飛躍。