對於算力的追求，我們既需要腳踏實地，也需要仰望星空
在德國漢堡舉行的ISC 2023國際超算大會上，NVIDIA發布了一系列關於高效節能超級計算和量子計算的最新進展。
01 Arm超級電腦的新潮流
在高性能計算（HPC）領域，英特爾的晶片一直占據主導地位。而Arm是全球智能設備第一大主流晶片架構。不過Arm正在進入到HPC領域，為超級電腦市場帶來新的改變。
我們也知道NVIDIA一直在推動Arm架構在數據中心市場的應用，包括推出基於Arm架構的CPU產品和增強自身產品對Arm架構的支持。
全球各地越來越多的超級電腦正在採用基於Arm架構的NVIDIA晶片，比如瑞士國家超算中心和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室正在建造配備GPU的超級電腦。
在ISC 2023上，NVIDIA公布了基於NVIDIA Grace CPU超級晶片的超級電腦Isambard 3。
Isambard 3超級電腦位於英國布里斯托和巴斯科學園，將配備384顆基於Arm架構的NVIDIA Grace CPU超級晶片，用於推動醫學和科學研究，其性能和能效預計將達到Isambard 2的6倍，使其成為歐洲最節能的系統之一。它的FP64峰值性能將達到約2.7petaflops，功耗低於270千瓦，躋身世界三大最環保的非加速超級電腦之列。
NVIDIA基於Arm架構的由NVIDIA Grace驅動的系統將延續Isambard 2的分子機制模擬工作，以更好地了解帕金森病，並為骨質疏鬆症和COVID-19尋找新的治療方法。這些計算密集型應用受益於Grace超級晶片中提供的最高性能的核心、最高的內存帶寬和最優的單核內存容量。
02 NVIDIA的量子計算布局
當前，經典的馮諾依曼架構正在受到挑戰，而量子計算加速落地與發展。量子計算和GPU超級計算的統一化是未來在科學領域取得突破的關鍵之一。混合量子-經典系統正在使量子計算更接近現實，以解決單靠經典計算無法解決的複雜問題。
NVIDIA提供了一個加快各學科量子研究和開發突破的統一計算平台，包括Grace Hopper超級晶片以及NVIDIA Hopper架構GPU。
高速、低延遲的NVIDIA NVLink-C2C互連技術完美優化了使用該超級晶片構建的經典系統與量子處理器或QPU的連接。Grace Hopper每個節點共有600GB快速訪問內存，讓量子生態系統能夠進一步擴大這些模擬的規模。
作為一座通往未來量子計算的「戰略性橋樑」，Grace Hopper驅動著全球首個將量子計算與最先進的經典計算相結合的GPU加速量子計算系統——DGX Quantum。NVIDIA還為開發者提供了一個連接GPU和QPU的強大開源編程模型——NVIDIA CUDA Quantum。
03 不斷擴展的量子生態
NVIDIA宣布計劃與德國於利希研究中心（FZJ）的於利希超算中心（JSC）聯合建立一座新的實驗室，該實驗室將與慕尼黑的ParTec AG一起在NVIDIA量子計算平台的基礎上開發一台經典-量子超級電腦。
該實驗室將由歐洲最大的跨學科研究中心之一——FZJ運營，並作為於利希量子計算用戶基礎設施（JUNIQ）的一部分，運行高性能、低延遲的量子-經典計算工作負載。JUNIQ目前正在使用搭載3744顆NVIDIA A100 Tensor Core GPU的JUWELS加速系統進行量子計算模擬。
NVIDIA量子計算平台通過開源CUDA Quantum編程模型實現了量子與經典計算的緊密集成，並通過NVIDIA cuQuantum軟體開發套件實現了一流的模擬。
JSC計劃採用分階段的方式測試該系統，使用NVIDIA CUDA量子編程模型對量子處理器進行編程並將其集成到於利希超大規模模塊化超級計算架構中。
噴氣式發動機是地球上最複雜的設備之一，其設計成本非常高昂，而且計算難度極大。經典和量子計算方法可以直接用於解決噴氣發動機的設計難題。
NVIDIA、羅爾斯·羅伊斯和量子軟體公司Classiq今日宣布一項量子計算突破，旨在不斷提高噴氣發動機效率。
通過採用NVIDIA的量子計算平台，兩家公司設計並模擬了世界上最大的計算流體力學（CFD）量子計算電路。該電路測量深度為1000萬層，有39個量子位。羅爾斯·羅伊斯正在使用GPU為量子未來做準備，儘管當今的量子電腦僅能支持只有幾層的電路深度。
羅爾斯·羅伊斯計劃使用新的電路發揮量子在CFD中的優勢，同時使用經典和量子計算方法來模擬噴氣發動機設計的性能。
羅爾斯·羅伊斯及其合作夥伴——以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引擎設計了該電路，然後使用NVIDIA A100 Tensor Core GPU對其進行模擬，而NVIDIA cuQuantum —— 一個包含經過優化、用於加快量子計算流程的庫和工具軟體開發工具套件保證了該流程的速度和規模。
另外， 集成CUDA Quantum的最新QPU製造商ORCA Computing正在將其光子量子電腦與用於機器學習的GPU相結合。兩個熱門量子機器學習框架TensorFlow Quantum和TorchQuantum現在也集成了cuQuantum。如今，全球大多數量子計算軟體均支持NVIDIA量子平台的GPU加速功能。
04 結語
對於如今的HPC而言，變革勢在必行，因為算力的需求永無止境。不管是Arm架構還是量子計算，NVIDIA在引領計算的潮流。
