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NVIDIA研究人員啟用全球最快的AI超級電腦Perlmutter以滿足運算需求 - ZEEK玩家誌

NVIDIA研究人員啟用全球最快的AI超級電腦Perlmutter以滿足運算需求 - ZEEK玩家誌

圖二_Perlmutter-是全球搭載-A100-的系統中最龐大的超級電腦

美國國家能源研究科學運算中心(NERSC)今天正式啟用的Perlmutter超級電腦,將為超過7,000名研究人員提供近4 exaflops的AI人工智慧運算效能。這使得Perlmutter超級電腦在16位元和32位元混合精度的AI數學運算上,成為全球運算速度最快的系統,而這個效能表現還不包括今年稍晚將在勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Lab;LBNL)中設置的第二期超級電腦系統。

目前已有二十多個應用將率先發揮Perlmutter超級電腦中6,144個NVIDIA A100 Tensor Core GPU的強大運算實力。這是當今全球搭載A100的系統中最龐大的一個,旨在推動天體物理學、氣候科學等領域的發展。如此強大的運算力將協助拼湊出宇宙的3D立體樣貌、探索綠色能源的次原子交互作用和更多更先進的研究領域。

宇宙的3D立體地圖

在其中一項研究中,Perlmutter超級電腦將協助拼湊出迄今規模最大、3D立體的可見宇宙地圖。它將處理來自暗能量巡天光譜儀(Dark Energy Spectroscopic Instrument;DESI)的資料,這是一台宇宙照相機,可以在一次曝光中捕捉到多達五千個星系的影像。

圖一_Perlmutter-是全球搭載-A100-的系統中最龐大的超級電腦

研究人員需要透過Perlmutter超級電腦中的GPU運算速度來處理一個晚上數十次的曝光資料,以便知道隔天晚上該把DESI指向何處。過去使用舊有系統準備發表一年份的資料時,要花費數週或數個月的時間,不過Perlmutter超級電腦能夠幫助他們在短短數日內完成這項任務。NERSC的資料架構師Rollin Thomas正為研究人員使用Perlmutter超級電腦準備程式碼,他表示:「我們非常開心可以透過GPU以20倍的作業速度準備這些資料。」

Perlmutter的堅持不懈得到了回報

DESI的地圖讓人們可以認識暗能量,也就是宇宙加速膨脹背後的神秘物理學。人們是透過2011年諾貝爾獎得主Saul Perlmutter的研究,才揭開暗能量的神秘面紗,他是柏克萊實驗室中至今仍十分活躍的天體物理學家,他將會啟用這部以他命名的全新超級電腦。

Rollin Thomas曾和Saul Perlmutter在獲得諾貝爾獎之後的研究專案中合作,他表示:「對我來說,Saul是個很好的典範,說明了只要有永不滿足的好奇心和一直保持樂觀就能實現目標。」

一部融合AI與高效能運算的超級電腦

類似的精神為許多將在NERSC全新超級電腦上運行的研究專案提供了動力。舉例來說,材料科學領域的研究致力於探索原子的交互作用,為開發出更好的電池及生物燃料指明方向。傳統的超級電腦幾乎無法處理用Quantum Espresso等程式,在幾奈秒內生成幾個原子的模擬所需的數學運算,但是結合極為精準的模擬與機器學習,科學家可以在更長的時間內研究更多的原子。

NERSC應用程式效能專家Brandon Cook表示:「過去無法對像電池介面這樣的大型系統進行完整的原子模擬作業,但現在科學家們計畫用Perlmutter超級電腦來完成這件事。」而Cook正協助研究人員啟動此類研究專案。這就是A100中Tensor Core的獨到之處,它們既能加速用於模擬的雙精度浮點數學運算,又能加速深度學習所需的混合精度運算。

NERSC使用NVIDIA V100 GPU進行的BerkeleyGW研究,在去年11月入圍了 Gordon Bell Prize的決賽,對NERSC的表現給予肯定。在NERSC率領該專案並掌管應用程式效能的Jack Deslippe表示:「A100的強大運算能力有望進一步提升我們的研究水準。」

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軟體協助Perlmutter超級電腦展現實力

Jack Deslippe表示,軟體也是Perlmutter超級電腦的重要元素,並指出該系統使用的NVIDIA HPC SDK支援OpenMP和其它熱門的程式設計模型。此外,在GPU上運行的資料科學開源碼RAPIDS,將協助加快NERSC內人數不斷上升的Python工程師團隊處理工作的速度。它在分析NERSC旗下Cori超級電腦上的所有網路流量研究案中證明了自己的價值,將之前在CPU上執行分析工作的速度加快了近600倍。Rollin Thomas表示:「這讓我們確信,RAPIDS將在藉由資料加速科學開發領域發揮重要的作用。」

克服新冠肺炎疫情的挑戰

即使新冠肺炎疫情持續蔓延,Perlmutter超級電腦仍按計畫上線。不過團隊不得不重新思考一些關鍵步驟,像是如何為在家工作的研究人員舉辦黑客松(hackathon)活動,為系統exascale等級的應用程式編寫程式碼。

同時,慧與科技(HewlettPackardEnterprise)的工程師協助了第一階段的系統組裝,與NERSC的工作人員合作設施升級以容納新系統。Rollin Thomas表示:「我們非常感謝這些人在疫情下的特殊管制期間,還來現場協助我們設置這套系統。」

NVIDIA創辦人暨執行長黃仁勳在這場虛擬的啟動儀式上,祝賀柏克萊實驗室的工作人員運用Perlmutter超級電腦推動科學發展的計畫。黃仁勳表示:「Perlmutter超級電腦融合AI與高效能運算的能力,將讓材料科學、量子物理、氣候預測和生物研究等廣泛領域都有突破性的進展。」

正是AI超級電腦派上用場的時候,今日的虛擬剪綵儀式寫下一個極為真實的里程碑。

NERSC資料與分析服務小組的代理負責人Wahid Bhimji表示:「美國能源部不斷試圖將AI用於科學領域,把概念驗證用在粒子物理學、材料科學和生物能源等領域的生產案例上。人們一直在探索愈來愈大的神經網路模型,也想要獲得更強大的資源,Perlmutter超級電腦搭配A100 GPU、全快閃記憶體檔案系統及串流媒體資料功能,正好滿足了這種對AI的需求。」

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