算力在延伸，看ISC上的诸神之战

梁山小李广

在数字经济时代，算力与数据、算法协同构成数字经济时代最基本的生产要素。作为全新的生产力，随着云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的高速发展，算力规模、算力能力等需求的快速提升。在这样的大背景之下，云计算、高性能、智能计算算力、混合计算、算力网络等多种算力类型也在同步高速发展着。在近日的国际超算大会(ISC)上，混合计算领域更是上演出一幕幕诸神之战，让算力发展处在了一个奇点之上，随时有可能爆发。
混合计算的新进展
混合计算源于计算设备计算能力的普遍提升及网络的发展，是一种综合利用云、边、端智能设备，GPU/TPU/XPU等各类异构芯片，类脑、量子、生物等新型计算方法，搭建混合架构的复杂计算机系统。
出于更高算力的需求，混合计算领域一直充满了竞争。英特尔在2022年就对外表示，未来几年，英特尔会转向更先进的制造工艺，还有先进的封装技术，力争推出更强大的芯片来。并且还将整合高性能的CPU、GPU的线路图，计划将CPU和GPU整合成一个芯片，代号为 Falcon Shores，这样的芯片不叫CPU，也不叫GPU，叫XPU。
当时，业界不少人都认为NVIDIA和AMD的麻烦要来了。但NVIDIA却快了一步，NVIDIA利用的武器正是Grace CPU超级芯片。
提起NVIDIA的CPU，也许很多人会感到奇怪，因为NVIDIA的重点一直在GPU和DPU。但随着AI大潮的兴起，NVIDIA在2022 GTC大会也宣布推出了首款面向AI基础设施和高性能计算的基于Arm Neoverse架构的数据中心专属CPU。Grace CPU超级芯片有144个Arm内核和1TB/s的内存带宽，由两个CPU芯片组成，它们之间通过NVLink-C2C(一种新型的高速、低延迟、芯片到芯片的互连技术)互连在一起。也正是因为这个原因，Grace CPU也被戏称为“胶水CPU”。而当它问世之后，NVIDIA已拥有了自己的全线产品，来拥抱接下来的“3U”时代(CPU,GPU，DPU)。

在ISC期间，NVIDIA又把NVIDIA Grace CPU超级芯片向前推进了一步，宣布推出基于它的超级计算机，为基于Arm Neoverse平台的新型节能超级计算机掀起了一轮新的浪潮。
这台超级计算机的被称作是Isambard 3超级计算机。Isambard 3超级计算机位于英国布里斯托和巴斯科学园，将配备384颗基于Arm架构的NVIDIA Grace CPU超级芯片。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。
特别需要提及的是，Isambard 3的FP64峰值性能将达到约2.7 petaflops，功耗低于270千瓦，跻身世界三大最环保的非加速超级计算机之列。作为英国GW4科研联盟的一部分，该项目由布里斯托大学、巴斯大学、卡迪夫大学和埃克塞特大学牵头。
当前，全球各地越来越多的超级计算机正在采用基于Arm架构的NVIDIA芯片，Isambard 3 不过是一个浮出水面的个例。NVIDIA超大规模与高性能计算副总裁Ian Buck表示：“随着气候变化成为一个日益严峻的问题，计算机采用节能技术至关重要。NVIDIA正在与Arm Neoverse生态系统合作，为打造更节能的超级计算中心铺平道路，推动科学和工业研究取得重大突破。”
量子计算距离奇点还有多远
1900年，普朗克在论文里首次提出了能量的不连续性，一脚踢开了量子力学的大门，这也为后来量子计算的诞生奠定了基础。从此我们现在的计算被称为是经典计算，而未来量子计算与现有计算模式完全不同。
在经典计算机中，信息的基本单位是位(Bit)。所有这些计算机所做的事情都可以被分解成 0s 和 1s 的模式，以及 0s 和 1s 的简单操作。与传统计算机由比特构成的方式类似，量子计算机由量子比特(quantum bits)或量子位(qubits)构成，一个量子比特对应一个状态(state)。
量子计算借助量子力学的叠加特性，能够实现计算状态的叠加。即不仅包含0和1，还包含0和1同时存在的叠加态(superposition)。此外，加上量子纠缠的特性，量子计算机相较于当前使用最强算法的经典计算机，理论上将在一些具体问题上有更快的处理速度和更强的处理能力。
有关量子计算技术的突破多与三个因素有关，即量子比特能够维持量子态的时间长度、量子系统中连接在一起的量子比特的数量和对量子系统出错的把握。这三个因素使得目前纯粹的量子计算机还无法进入实用阶段。但是，混合量子-经典计算却已经有成果显现。

在ISC期间，NVIDIA、罗尔斯·罗伊斯和量子软件公司Classiq就宣布了一项量子计算突破。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·罗伊斯正在使用GPU为量子未来做准备，尽管当今的量子计算机仅能支持只有几层的电路深度。
罗尔斯·罗伊斯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，这一突破对于全球航空业的领导者罗尔斯·罗伊斯来说至关重要。
NVIDIA超大规模和高性能计算副总裁Ian Buck对此表示：“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。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。”
将NVIDIA Hopper架构GPU和NVIDIA Grace CPU的多项功能性集于一身之后，Grace Hopper超级芯片集就有能力为超大规模量子模拟工作负载，建起一座通往未来量子计算的“战略性桥梁”。这同时也使得混合量子-经典计算在迅速进步。

在ISC期间，NVIDIA还宣布计划与德国于利希研究中心(FZJ)的于利希超算中心(JSC)联合建立一座新的实验室，该实验室将与慕尼黑的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。
事实上，通过多年的技术积累，NVIDIA在在混合量子-经典计算领域可以做得更多。NVIDIA量子计算平台通过开源CUDA Quantum编程模型实现了量子与经典计算的紧密集成，并通过NVIDIA cuQuantum软件开发套件实现了一流的模拟。
NVIDIA高性能计算兼量子计算总监Timothy Costa表示：“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。”
量子计算机有望增强数字处理能力和破解传统计算机无法解决的问题。为此，研究人员正在设计算法以简化从经典计算机到量子计算机的过渡，。毫无疑问，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，NVIDIA在ISC期间展示出的一系列合作和应用，将为量子计算应用带来新的可能性。量子计算也许因此已经处在一个奇点之上，引发它爆发的可能只是一系列偶然事件。

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0ociukFf
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