田纳西州橡树岭全球最快的超级计算机名为Frontier

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全球最快的超级计算机名为Frontier，但即使是拥有近5万处理器的它也有极限。某个四月的星期一，Frontier的能耗激增，试图跟上来自全球科研团队的工作请求。

Frontier的电力需求峰值达到约27兆瓦，相当于为1万户家庭供电。橡树岭国家实验室科学主任Bronson Messer带着自豪感地说，这台超级计算机的工作状态如当地常用的形容词一样：“快得像被烫伤的狗”。

Frontier以创纪录的速度处理数据，超过10万台笔记本电脑同时工作的能力。它在2022年首次突破超级计算的“百亿亿次”运算速度门槛——每秒执行10的18次方浮点运算（exaflop）。这个庞然大物是全球几十年来推动超级计算机更快发展的最新成果（尽管可能存在更快的军用或秘密设备）。

推动科学边界

尽管速度和规模是Frontier的亮点，但它的核心任务是推动人类知识的边界。Frontier擅长创建捕捉大规模模式和微观细节的模拟，如小云滴如何影响地球气候变暖的速度。科学家们使用Frontier模拟从亚原子粒子到星系的一切，并应用于从药物开发到改进飞机发动机设计的各个领域。

2023年，来自18个国家的1,744位研究人员通过Frontier完成了各种计算项目。2024年，预计Frontier用户将基于其计算结果发表至少500篇论文。正如橡树岭国家实验室的生物物理学家Dilip Asthagiri所言：“Frontier不亚于詹姆斯·韦伯太空望远镜，它应该被视为一件科学仪器。”

内部构造

Frontier的“大脑”位于一个仓库大小的房间内，房间里有74个黑色机架，共容纳9,408个节点。每个节点由4个图形处理单元（GPU）和1个中央处理器（CPU）组成。

Frontier的速度主要归功于GPU的广泛应用。GPU最初为游戏玩家渲染逼真的图形，但现在在AI和机器学习应用中发挥了关键作用。Messer笑称，GPU运行速度快但“非常笨”，只能重复执行同一任务，这使其在超级计算中表现出色。

科学竞争

研究人员想使用Frontier的时间并不容易。每年，Frontier能提供约6500万个节点小时，而团队平均批准的提案只有四分之一。科学家们必须证明他们的项目能充分利用这台超级计算机的全部系统。

无论是用于生物模拟还是气候模型，Frontier正在帮助科学家们获得前所未有的高分辨率结果。像Asthagiri和他的团队使用Frontier模拟的包含超过1550亿个水分子的水滴，已经是原子级别模拟中的重大突破。

AI与超级计算的未来

AI研究人员也争相使用Frontier的GPU，特别是在训练神经网络等AI模型时。像阿肯色大学的Nur Ahmed等经济学家指出，AI学术界与工业界的资源差距巨大，96%的最大AI模型来自企业。Frontier为学术研究提供了与企业竞争的计算资源，推动了AI领域的“民主化”。

未来之战

Frontier的前身Summit曾是世界最快的超级计算机，今天仍在全球排名第九。然而，新的挑战者Aurora和El Capitan等超级计算机即将上线，预计将在未来超越Frontier。橡树岭实验室也已经计划着Frontier的继任者“Discovery”，其速度将是Frontier的3到5倍。

尽管超级计算的速度战仍在继续，能效问题始终是建设更强大机器的瓶颈。Frontier相较于Summit在能源效率上提高了四倍，部分归功于其水冷却系统的改进。然而，科学家们仍在推动进一步的效率提升，因为未来的机器将需要更多能源。

Frontier与科学的未来，注定将成为超级计算领域的里程碑。