欧洲第一台百万兆次级超级计算机JUPITER ，排名第4，正打开广阔的科学计算前景
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编辑|白菜叶
如果你想描述地球表面每米面积的空气流动情况，你需要绘制近三万亿平方公里的陆地、海洋和太空。要做到这一点，你需要一台超级巨大的计算机。
正因如此，致力于研究大量天气预报和气候模型的计算科学家IoanHadade对这台距离他在德国波恩的实验室一小时车程的机器感到兴奋不已。欧洲首台百亿亿次超级计算机——JUPITER（木星）——已接近全面投入运行。它能够在它强大的处理器上运行科学程序。
JUPITER在2025年6月全球最强大计算机系统TOP500榜单中首次亮相，位列第四。
它位于德国莱茵兰地区科隆和亚琛之间的于利希超级计算中心（JülichSupercomputingCenter），运行在一个拥有5900个加速计算节点的增强模块上。约24000颗NvidiaGrace-Hopper超级芯片为JUPITER提供了强大的动力；该机器还配备了一个通用集群模块，其中包含1300个使用Rhea1处理器的节点，以及一个用于高速互连的InfiniBandNDR网络。
每半年一次的TOP500排行榜是检验机器每个部件性能的一种方法。基准测试可以证明高度复杂操作的功能性。「现在，最好在机器上进行一些科学研究。」于利希超级计算中心主任ThomasLippert说道。
大规模计算科学
DestinationEarth：https ://destination-earth. eu/
「DestinationEarth」数字孪生是地球系统的复制品，用于监测、模拟和预测自然现象与人类活动之间的相互作用。Hadade团队对大气状况和天气进行了基于物理的观测，分辨率达到9公里以上。该团队正在利用JUPITER来揭示引发深对流和湍流的过程。JUPITER能够以700米或更精细的分辨率显示物理现象。
在德国伊尔梅瑙工业大学（TechnischeUniversitätIlmenau），物理学家JörgSchumacher正在通过可视化复杂的热羽流来研究对流和湍流，这种热羽流可以在云层中发现，或者在更剧烈的状态下在太阳表面发现。在最简单的情况下，对流是由流体或气体流经不同温度带所驱动的：底部可能很热，顶层可能很冷，如果温差足够大，它们之间就会开始变得非常湍急。
高度非线性的细丝、涡旋和涡流开始形成图案和结构化网络。「一切都应该是非常混乱、不规则、随机的——但事实并非如此。」Schumacher说，「大自然是如何在高度湍流中形成这些美丽的图案的？」
Schumacher团队在超级计算机上运行了这些可视化结果，呈现出令人惊叹的细节。这项工作是在于利希的超级计算增强模块JUWELS上完成的；目前该模块已经无法完成更大规模的任务。他们将利用JUPITER进行进一步探索。
Hadade表示，比排名更重要的是能够随时使用这些机器。「这表明欧洲确实认真对待高性能计算。」他说。
超级计算的能源问题
JUPITER的百亿亿次级计算规划始于2018年，当时欧洲高性能计算联合计划(EuroHPCJU)成立。该项目在疫情期间不断发展：2024年，JEDI原型机和JETI过渡系统模块投入使用，JUPITER于今年4月底全面安装完毕。欧洲正在建设第二个百亿亿次级系统，这是一台耗资5. 44亿欧元的机器，名为AliceRecoque，位于巴黎南部的布吕耶尔勒沙泰勒。
这些雄心壮志不仅关乎规模和速度，也体现了对能源消耗和制冷效率和可持续性的关注。JUPITER的制冷系统循环利用附近鲁尔河的水，并在寒冷的月份利用多余的热量为校园建筑供暖。
JUPITER的原型机JEDI领衔另一个榜单GREEN500；JUPITER则位列第21位。Lippert表示，两者的区别在于规模：迁移到更大的机器意味着并行化的损失。此外，物理因素也在其中发挥作用。随着JUPITER的优化，Lippert预计其效率将得到提高；它已经是世界上五个速度最快的系统中能源效率最高的系统，每瓦可进行超过600亿次浮点运算。
即便如此，JUPITER在最高负荷下也消耗约17兆瓦的电能。随着越来越多的大型数据中心投入使用，以满足人工智能和科技泛滥的日常生活的需求，失控的能源消耗已成为一个亟待解决的问题。
像Schumacher和Hadade这样的研究人员已经在他们的可视化结果中看到了足够多的对流和温度异常。
「任何能减少机器对环境影响的措施都是值得欢迎的。」Hadade说，「我们需要小心，不要每次都需要在附近建一座核电站来为这些设备供电。」
相关报道：https ://spectrum. ieee.org/jupiter-exascale-supercomputer-europe
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