Frontier成世界最快计算机，打破exascale障碍，如何助力科研新突破？

Frontier超级计算机以1.1exaflops的性能成为世界上最快的计算机，标志着人类进入exascale计算时代。该系统由美国能源部橡树岭国家实验室研发，其峰值性能达2exaflops，远超先前的Summit系统。Frontier将助力解决能源、经济和国家安全领域的紧迫问题，推动科研取得新突破。系统交付过程中克服供应链紧张等挑战，展示了公私合作的强大力量。未来，Frontier将继续接受测试和验证，预计2023年初全面向科学界开放。

美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的Frontier超级计算机今天以1.1exaflops(百亿亿次)的性能赢得了第59届TOP500榜单的世界最快排名。该系统是第一个达到被称为exascale(百亿亿次级)的前所未有的计算性能水平的系统，即每秒五百万次计算的门槛。

Frontier的理论峰值性能为2exaflops(百亿亿次)，或每秒2万亿次计算，使其比ORNL(美国能源部橡树岭国家实验室)的Summit系统强大10倍。该系统利用了ORNL在加速计算方面的广泛专业知识，将使科学家们能够为国家的能源、经济和国家安全开发急需的技术，帮助研究人员解决具有国家重要性的问题，而这些问题在五年前是无法解决的。

“ORNL主任托马斯·撒迦利亚(ThomasZacharia)说：”Frontier正在开创一个超大规模计算的新时代，以解决世界最大的科学挑战。”这个里程碑只是Frontier作为科学发现工具的无与伦比的能力的一个预览。它是国家实验室、学术界和私营企业之间十多年合作的结果，包括能源部的百亿亿次级(exascale)计算项目，该项目正在部署必要的应用程序、软件技术、硬件和集成，以确保在exascale(百亿亿次级)的影响。”

排名是在德国汉堡举行的2022年国际超级计算会议上宣布的，该会议聚集了来自世界各地高性能计算领域的领导者，即HPC(HighPerformanceComputing)。Frontier的速度超过了世界上任何其他超级计算机的速度，包括ORNL的Summit，它也位于ORNL的橡树岭领导力计算设施，一个能源部科学办公室用户设施。

HPE(惠普公司)CrayEX超级计算机Frontier也在Green500榜单上名列前茅，该榜单对商用超级计算系统的能源使用和效率进行评估，每瓦特的性能为62.68千兆位。在每年两次的排名中，前沿公司以6.88exaflops(百亿亿次)的性能在较新的类别–混合精度计算中名列前茅，该类别评估的是人工智能常用格式的性能。

交付、安装和测试Frontier的工作开始于新冠肺炎大流行期间，因为世界各地的停产使国际供应链紧张。一个公私合营团队的100多名成员夜以继日地工作，从采购数以百万计的部件，到确保在截止日期前交付系统部件，再到仔细安装和测试74个HPECrayEX超级计算机机柜，其中包括9400多个AMD驱动的节点和90英里的网络电缆。

“ORNL负责计算和计算科学的副实验室主任杰夫·尼古拉斯(JeffNichols)说：”当研究人员在今年晚些时候获得全面运行的Frontier系统时，这将标志着三年多前开始的工作达到了顶峰，能源部以及我们在HPE和AMD的行业合作伙伴的数百名优秀人才参与其中。”来自世界各地的科学家和工程师将把这些非凡的计算速度用于解决我们这个时代的一些最具挑战性的问题，而且许多人将在第一天就开始探索。”

根据高性能Linpack基准测试，Frontier1.1exaflops的整体性能转化为每秒超过五亿次的浮点运算，即flops。每一个flop代表一个可能的计算，如加法、减法、乘法或除法。

Frontier在Linpack基准测试中的早期表现是Summit的7倍多，达到148.6petaflops(1Petaflop等于每秒1千万亿次浮点运算)。Summit继续作为开放科学的一个令人印象深刻、排名很高的主力机器，在TOP500中排名第四。

根据高性能Linpack-AcceleratorIntrospection(或HPL-AI)测试，Frontier的混合精度计算性能大约为6.88exaflops(百亿亿次)，或每秒超过6.8quintillionflops(1quintillion：1,000,000,000,000,000,000)。HPL-AI测试测量的是机器学习方法通常使用的计算格式的计算速度，这些方法推动了人工智能的发展。

传统HPC用户依赖的详细模拟，如癌细胞、超新星、冠状病毒或元素的原子结构等现象，需要64位精度，这是一种对计算精度要求很高的形式。机器学习算法通常需要的精度要低得多–有时只有32、24或16位的精度–并且可以利用像Frontier这样的机器所依赖的图形处理单元或GPU中的特殊硬件来达到更快的速度。

ORNL及其合作伙伴继续按计划执行”前沿”的启动工作。接下来的步骤包括继续测试和验证该系统，该系统仍将在2022年晚些时候进行最终验收和早期科学访问，并在2023年初为全面科学开放。

UT-Battelle为能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的唯一最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。

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