扁平如薄饼的水滴助力欧洲最快超算实现每瓦特600亿次操作

其还由24000块英伟达超级芯片驱动。

位于德国于利希超级计算中心（JSC）的“木星”（JUPITER）超级计算机在首次亮相后成为全球第四快的超级计算机。佐治亚理工学院在帮助该系统跻身最新TOP500榜单方面也发挥了至关重要的作用。

助理教授斯宾塞·布林格尔森（Spencer Bryngelson）通过“木星研究与早期访问计划”（JUREAP）获得了对该系统的独家访问权限。通过JUREAP，布林格尔森开发的“多组分流代码”（Multi-Component Flow Code, MFC）在工程师们的计算机上接受了测试。

关于MFC项目

MFC项目的主要目的是研究液滴在承受比音速还快的高速强冲击波作用时的反应。

布林格尔森表示：“几十年来，冲击波-液滴问题一直是流体动力学中的一个标志性测试问题。它极具研究挑战性，能持续激发我的科学兴趣，而且其结果显然非常重要。”他继续说道：“理解液滴在某些极端状态下的行为，仍然是一个具有高度工程价值的开放性科学问题”，强调了研究液滴行为的重要性。

测试结果表明，液滴在被冲击波击中后变形为扁平如薄饼的形状。此外，它们在喷射出涡环之前，也会因冲击波而破碎。

仿真的重要性

工程师在设计能够以超音速和高超音速飞行的飞机时，会考虑涡量（vorticity）因素。小液滴和涡流可能对高马赫数飞行器构成重大危险。

这些计算机模型运行的仿真降低了物理测试相关的风险和成本。JUREAP项目利用仿真展示了一种更安全的评估航空航天系统的方法。

医学领域的仿真

人体同样由流体组成，其中也可能发生快速、强大的流动。

利用仿真，医学研究人员可以设计侵入性更小的冲击波治疗方法。这些方法可用于诸如击碎肾结石或减轻炎症等用途。

由于MFC既能处理大型问题也能处理小型问题，因此它是早期测试“木星”系统的理想选择。该项目非常成功，因其在超级计算机上的强劲表现而获得了特别证书。

该项目是佐治亚理工学院与JSC研究人员的合作成果，他们将其命名为“百亿亿级多物理场流”（Exascale Multiphysics Flows, ExaMFlow）。这更像是指代一种能够进行每秒百亿亿次（exaflop）浮点运算（即每秒一百万亿亿次计算）机器的称谓。

“木星”的计算能效超过每瓦特600亿次操作（60 billion ops per watt），使其成为前五名中最节能的系统。

在全球排名中位于“木星”之前的三台超级计算机都是百亿亿级（exascale）超级计算机。它们分别是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“酋长岩”（El Capitan）、橡树岭国家实验室的“前沿”（Frontier）和阿贡国家实验室的“极光”（Aurora）。同时，“木星”也是欧洲最快的超级计算机。

英伟达的关键作用

ExaMFlow项目在“木星”系统的两个强大组成部分上测试了布林格尔森的软件 —— JUWELS Booster模块和“木星”百亿亿级过渡仪器（JUPITER Exascale Transition Instrument, JETI）。这两个部分是“木星”的主要构建模块。

结果显示，布林格尔森的软件在两个系统上都运行得非常高效，甚至优于其他使用英伟达A100 GPU的计算机。

此次成功的一个原因是该团队在佐治亚理工学院也能使用类似的英伟达硬件。

佐治亚理工学院拥有一个名为“凤凰集群”（Phoenix Cluster）的强大计算机系统，其中包含A100 GPU。布林格尔森的实验室也拥有A100 GPU和四块英伟达更新的GH200 Grace Hopper超级芯片。

由于“木星”配备了约24000块英伟达的Grace Hopper超级芯片，布林格尔森对该硬件的使用经验被证明对ExaMFlow项目尤其具有启发性。

ExaMFlow团队还包括英伟达科学家尼古拉斯·特塞莱皮迪斯（Nikolaos Tselepidis）和贝内迪克特·多舍纳（Benedikt Dorschner），他们在测试期间观察了英伟达硬件的实际运行情况。

JSC的研究人员路易斯·西富恩特斯（Luis Cifuentes）、拉克什·夏尔马（Rakesh Sharma）、高成（Seong Koh）和索赫尔·赫夫（Sohel Herff）在早期“木星”模块上运行布林格尔森的MFC软件发挥了重要作用。

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