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中国高校最强超算 上算引力波,下算光量子

2021-12-16 12:54:43 量子位
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高性能计算在理论科学、实验科学之后已成为人类科学研究的第三大范式。

近年来,各大高校也纷纷自建计算中心以满足师生搞研究的需要,上海交大就是其中走在前列的。

在他们的“交我算”计算平台上,云计算、人工智能计算、科学计算、大数据存储平台此前就已皆备。

从实时运行情况中可以看到,各学院、研究所还有校属医院都在积极排队上机,常年高负载运转。

从学科来看,材料、机械、物理、生物、医学全都需要算力,资源十分紧张。

正是为解决这个问题,上海交大现在又双叒叕添一座新的科学计算中心。

新科学计算中心落座李政道研究所,研究所重点方向是宇宙学、粒子物理,这些领域的研究将如何用到超算?

上至天文,下至量子

上海交大此前已有高性能计算集群π2.0,双精度峰值为2.1PFlops。各院系师生在这个高性能计算平台上已展开多领域研究工作。

以物理学院的张骏教授为例,他的研究方向之一引力波问题就离不开超算。

本月他在计算平台上利用率甚至排到第4位。

根据爱因斯坦的广义相对论,引力波是“时空的涟漪”,是有质量的物体在运动时对时空的扰动。

这种扰动会随着距离而衰减,长期以来引力波一直很难被直接观测到。

只有黑洞合并这类宇宙中的大事件才能产生以人类现有技术能探测到的引力波。

但茫茫宇宙中又有大量噪声信号,想从中识别出引力波是另一大难题。

这时,强大算力才能做到的的模拟黑洞合并过程就成了重要研究手段。

使用超算求解广义相对论方程可以得到引力波的数值模拟,帮助科研人员从探测到的嘈杂信号中识别出属于引力波的部分。

除了宏观的天体物理,微观的粒子物理需要的算力也十分庞大。

上海交大物理与天文学院还有工作组正在开发一套利用照相系统分析海水光学性质的全新方法。

他们借助超算模拟光子在水中的路径,以及光子被水分子散射和吸收的情况。

其中一轮模拟需要500万个光子,而遍历整个参数空间则需要近4000轮模拟。

除了物理研究,上海交大的科研工作者还基于超算平台修改AlphaFold的运行流程。

开发出的ParaFold优化了并行运算,使运算效率达到原流程的14倍。

现在有了新的科学计算中心,在已有的2.1PFlops再添6PFlops,相信能助力上海交大师生做出更多科研突破。

另外值得注意的一点是,新科学计算中心建在李政道研究所新启用的实验楼内部,占地仅为300平方米。

△就在这个楼里

通常超算中心给人的印象多是一座独立的建筑物,达到6PFlops这个规模的怎么也得半个足球场那么大。

这次的科学计算中心却能建在一座实验楼内,仅用了14个机柜,获得一般通用数据中心70个机柜才能达到的算力。

计算密度达到通用数据中心的5倍,机房面积更是不足通用机房的1/10。

在寸土寸金的上海极大节省了建设成本,怎么做到的?

不光占地少,连冬季供暖都包了

超算中心要提高计算密度,使用的硬件配置要够强大。

上海交大这次的“思源一号”高性能计算机,采用了英特尔最新Whitley平台Icelake CPU。

具体型号Xeon Platium 8358,32核心,主频2.6Ghz。

GPU方面也没省着,直接上的英伟达旗舰A100。

服务器机箱采用联想的ThinkSystem SD650 V2和SD650-N V2,搭载了联想“海神”温水冷方案。

这里的温水冷技术便是节省占地面积的关键。

冷却水直接接触CPU、内存和其他产热组件,通过流动循环带走热量,省去了风扇的位置。

因为水的导热效果比空气强很多,可以更密集摆放,达到5倍计算密度。

更进一步,因为使用的是50°C温水,又省去了冷水机组和换热器的空间,可以进一步压缩机房的占地面积。

温水冷技术还能提升能源利用效率(PUE, Power Usage Effectiveness)。

中国数据中心的平均PUE 1.9,意味着每用1度电计算,就需要额外0.9度电给计算设备进行散热。

而上海交大新计算中心的PUE值可以到1.1,节省了42%的电力和二氧化碳排放。

最后,温水散热系统的出水温度有60°C,这些余热也没有浪费。

冬天余热会用于实验楼中间球体连接区域的供暖。

平时还能用于食堂厨房的热水加热、地下室除湿,以及拓扑量子和时间投影两个实验室的空调温控。

△实验楼球体区域

据上海交大介绍,余热回收再利用的方案每年可再减少950吨、10%左右的碳排放,同时每年节省150万元以上的费用。

李政道研究所实验楼已于近日正式启用,成了研究所全体人员的新家。

看来这个冬天,科研工作者们不光能享受超算提供的强大算力,还能感受到计算中心带来的温暖。

说起来,上海交大新科学计算中心从4月才开始建。

当时是上海交大125周年校庆,联想CEO杨元庆决定个人出资一亿元人民币,捐建一座全国高校一流的高性能计算中心,年内便已完成交付。

在12月14日的科学计算中心揭牌仪式上,交大还与联想集团签署了战略合作协议。

联想集团将在未来三年内持续在技术研发、人才培养、投资孵化等领域投入两亿元资金。

投入包括建立联合实验室、联合培养专业硕士/博士生、设立奖助学金、创业孵化基金等产业研合作项目。

那么上海交通大学为什么选择与联想合作?

一方面杨元庆正是上海交大计算机系81级的校友。

这里还有一个小故事。

杨元庆自己在上海交大上学时候整个计算机系电脑都很少,基本都是更早的一位校友企业家王安捐赠的,当时他就励志以后能回馈母校。

另一方面联想作为超算供应商实力也很强了。

在全球超算榜单TOP500上,联想作为制造商连续8年获市场占有率第一。

除了捐赠上海交大外,联想超算也会在即将到来的北京冬奥会上提供精确到分钟级和百米级的天气预报服务。

对于新科学计算中心,对于新实验楼,李政道研究所的新任所长张杰院士曾做出展望:

李政道研究所要建设成为世界顶级的前沿基础研究机构,形成“上海学派”,发挥新型研发机构的创新引擎作用。

让我们拭目以待。

参考资料:

[1]

[2]https://account.hpc.sjtu.edu.cn/top/

[3]https://github.com/Zuricho/ParallelFold

[4]https://www.lenovo.com/tw/zh/data-center/neptune/

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 中国高校最强超算 上算引力波,下算光量子 cnBeta

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