Frontier 超算完成史上最大宇宙模拟：动用 9000 个 AMD 计算节点

如果把整个可观测宇宙装进电脑里，需要多大的算力？

过去天文学家做模拟，受制于算力，往往只能「偷工减料」，比如只计算星系间的万有引力，或者只单看气体云的流动。但现实宇宙复杂得多，暗物质、气体、等离子体以及宇宙膨胀全搅和在一起。

最近，全球第二快的超级计算机 Frontier 把这些要素一口气全算了一遍，完成了人类有史以来规模最大、复杂度最高的宇宙全景模拟。

动用 9000 个计算节点，比预期快了近 300 倍

这台坐落在橡树岭国家实验室的百亿亿次超算，峰值算力达到 1.4 exaFLOPS，全球只有它和登顶的 El Capitan 能跨过这个门槛。

在 2024 年 11 月进行的这次宇宙模拟中，团队一口气调用了 Frontier 大约 9000 个计算节点，每个节点里塞的都是 AMD Instinct MI250X 芯片。

软件层面用的是高能效宇宙学代码 HACC。这套系统属于美国能源部耗资 18 亿美元的百亿亿次计算项目旗下的 ExaSky 课题，研发团队整整磨了七年。

当时项目设立的目标，是希望科学计算速度能比过去的基准快 50 倍。结果 Frontier 和 HACC 的实测表现把大家吓了一跳，在处理同类流体力学模拟时，它的速度比此前土卫六的相关模拟快了近 300 倍。

不只算引力，连等离子体和暗物质都算进去了

算力提上来之后，最大的变化是模拟方法的升级。

以前算力不够，科学家做大尺度模型只能搞重力 N 体模拟，说白了就是把星系当成一个个纯引力质点来算。

这次 Frontier 跑的是计算量极度密集的流体力学宇宙学模拟。它不仅把宇宙整体膨胀算在内，还同步计算了暗物质的分布，以及普通气体和等离子体在极端引力下的流动与碰撞。

其实 Frontier 并不是第一次干这种极限计算。2023 年 4 月，科学家曾用它搭建了名为 SCREAM 的全球气候模型，把全球整整一年的天气以 3 公里级别的超高分辨率完整推演了一遍。

无论是高精度的气候预测，还是在分子尺度上模拟化学反应来寻找新材料，这台超算都在充当最底层的数字实验台。

为什么重要

对天体物理学家来说，这是一台真正意义上的宇宙数字孪生机。

以前理论物理学家推导暗物质模型，只能等韦伯望远镜碰运气传回观测数据去碰运气验证。现在有了这种尺度的流体力学模拟，科学家可以在计算机里直接对比不同假说下的星系演化过程，极大地缩短验证周期。

对芯片与计算产业来说，这一战也是 AMD 的一次漂亮展示。

长久以来前沿超算与 AI 加速几乎被 Nvidia 垄断，而 Frontier 靠着近万颗 AMD MI250X 芯片顶住了这种极大规模的高负荷流体计算，证明了 AMD 在超大规模异构计算集群上的工程可靠性。

我们认为，超算目前最性感的地方恰恰在于它和现代 AI 的结合。

科学研究正从纯公式推导转向 AI for Science，大语言模型和前沿算法的训练极度依赖这种吞吐庞大数据的基建。Frontier 跑通的大规模分布式调度经验，接下来很可能反哺给下一代 AI 基础模型。

不过，这种规模的模拟代价极其高昂，动辄几千万甚至上亿美元的电力和软硬件投入，意味着顶尖科学计算的入场券正进一步向极少数国家实验室集中。