【走進實驗室】

　　◎本報駐德國記者 李 山

　　位於(yu) 慕尼黑附近的巴伐利亞(ya) 科學院萊布尼茨計算中心(LRZ)是德國最著名的超算中心之一。作為(wei) 德國高斯超算中心的重要組成部分，LRZ與(yu) 聯想和英特爾合作的超級計算機SuperMUC-NG曾在2019年全球高性能計算TOP500榜單中排名第9。現在，LRZ致力於(yu) 用量子處理器作為(wei) 超算的加速器，推動前沿的量子—經典混合計算架構的發展。

　　近日，科技日報記者應邀走訪了萊布尼茨計算中心。

　　超算為(wei) 科研提供強大助力

　　“成立61年來LRZ始終致力於(yu) 向德國乃至歐洲大陸的科學研究及學術界專(zhuan) 業(ye) 人士提供高性能計算資源。”萊布尼茨計算中心副主任赫爾穆特·萊瑟教授向記者介紹說。LRZ是慕尼黑當地的大學和科研機構，特別是慕尼黑工大和慕尼黑大學的中央IT服務提供商，服務範圍包括12萬(wan) 名大學生、27000多名雇員和1900多位教授。

　　萊瑟談道，LRZ可為(wei) 用戶提供橫跨天體(ti) 物理、流體(ti) 力學、生命科學等各種複雜領域的科學研究支持。其服務包括高性能計算、虛擬現實和可視化、量子計算、人工智能和大數據等。LRZ引以為(wei) 傲的研究成果包括完成影響巨大的蘇門答臘地震和海嘯的模擬。作為(wei) 歐洲高級計算合作夥(huo) 伴關(guan) 係計劃的成員，其任務不僅(jin) 是管理指數級的海量數據，還能快速處理和分析數據，加快科學研究的進展。

　　以LRZ很有特色的虛擬現實和可視化中心為(wei) 例。分辨率超過820萬(wan) 像素的3D Powerwall可用於(yu) 複雜模型的分析；5麵投影的CAVE則可模擬環境和3D模型創造一個(ge) 虛擬空間，使用者在其中可獲得完全的沉浸感。據萊瑟介紹，近10年來，該中心完成了大約150個(ge) 相關(guan) 的項目，包括探索湍流如何塑造星際介質，從(cong) 而幫助恒星和行星的形成；人體(ti) 動脈和靜脈中的血液流動的模擬；以及巴伐利亞(ya) 地質曆史或水文學的虛擬現實應用等。

　　聯想帶來高溫水冷技術

　　帶領記者參觀LRZ超級計算機等重要設施的過程中，萊瑟進一步介紹了超算係統 SuperMUC-NG的情況。2017年，聯想聯合英特爾向LRZ交付了擁有311040顆內(nei) 核的超算係統，為(wei) 計算中心提供了強大的實測峰值19.5PFlop/s的計算能力。2021年開始，三方繼續開展第二階段合作。LRZ選擇了帶有水冷技術的聯想NeXtScale System M5高密度服務器，配備3072個(ge) 聯想NeXtScale nx360 M5 WCT計算節點。預計第二階段的計算節點性能將達到第一階段的4倍。

　　萊瑟特別談道了聯想提供的溫水水冷技術。SuperMUC-NG使用45℃的溫水進行冷卻。研究人員為(wei) 此開發了一個(ge) 單獨的冷卻回路，通過不使用任何額外的能源來降低水溫，可以進一步降低能源消耗。萊瑟強調說：“通過這樣的水冷技術，我們(men) 可降低數據中心整體(ti) 能耗效率至1.1以下，並實現餘(yu) 熱再利用。”聯想提供的溫水水冷技術解決(jue) 方案，可去除計算係統中約90%的熱量，相較於(yu) 傳(chuan) 統的風冷技術節能約35%。同時，係統的餘(yu) 熱還能在冬季為(wei) 辦公室供暖，使能源效率得到進一步提高。

　　談到LRZ未來的發展，萊瑟說：“LRZ正在進行下一台超級計算機的準備工作。新係統將通過創新合作夥(huo) 伴關(guan) 係創建。目前聯想已成為(wei) 被選中的兩(liang) 家公司之一。”LRZ計劃在未來10年內(nei) 推出比SuperMUC-NG強大5—10倍的超大規模係統ExaMUC。初步入選的兩(liang) 家企業(ye) 正與(yu) LRZ一起開發和優(you) 化原型。到2023年底，哪家公司最終為(wei) LRZ建造下一台超級計算機將塵埃落定。除了國際環境和節能之外，與(yu) 量子計算和人工智能的結合優(you) 勢或許也是LRZ重要的考量因素。

　　開發量子—經典混合計算架構

　　萊瑟說：“目前的量子計算機適用於(yu) 解決(jue) 非常特定類別的問題。但是，它並不適合所有問題。解決(jue) 的辦法是將量子計算機集成到超級計算機中，並自動判斷這部分問題是否適合使用量子計算機。如果適合就將這部分問題發送給量子計算機；如果不適合，就把它們(men) 發送給經典的超級計算機。也就是說，長期目標是使用量子計算機作為(wei) 超級計算機的加速組件。”此外，量子與(yu) 經典混合的計算架構還有望解決(jue) 目前量子處理器仍然存在的噪聲、退相幹等難題。通過雲(yun) 服務，超算中心也可更好地為(wei) 用戶提供量子計算服務。

　　2021年成立量子集成中心後，LRZ陸續獲得了Atos公司提供的量子學習(xi) 機，以及芬蘭(lan) IQM公司提供的首批3個(ge) 量子處理器和一套冷卻裝置。LRZ計劃先實現數字模擬量子計算機，然後將20個(ge) 量子比特的量子計算機集成到下一代超級計算機中，到2026年將其中運行的量子處理器的大小增加到100個(ge) 量子比特。萊瑟說：“目前我們(men) 還沒有20個(ge) 量子比特的量子計算機，有的是5個(ge) 量子比特的量子計算機。我們(men) 會(hui) 繼續建造20個(ge) 量子比特、50個(ge) 量子比特，然後是100個(ge) 量子比特的量子計算機。軟件方麵，我們(men) 目前正在簡化和優(you) 化量子編程框架軟件。”

　　至於(yu) 什麽(me) 時候可使用這樣的耦合係統？萊瑟坦言：“這很難說。樂(le) 觀者相信可在5年內(nei) 。但我想這不會(hui) 在未來5年內(nei) 發生。我認為(wei) 在15到20年之內(nei) 能將量子計算機自動集成到超級計算機中。”一旦量子計算機可由超級計算機控製，將向實用性邁出重要一步，並且可以構建和配置額外的組件或軟件。LRZ及其研究合作夥(huo) 伴期待著超級計算的下一個(ge) 重大飛躍。