Frontier 超算完成史上最大宇宙模擬：動用 9000 個 AMD 計算節點

如果把整個可觀測宇宙裝進電腦裡，需要多大的算力？

過去天文學家做模擬，受制於算力，往往只能「偷工減料」，比如只計算星系間的萬有引力，或者只單看氣體雲的流動。但現實宇宙複雜得多，暗物質、氣體、等離子體以及宇宙膨脹全攪和在一起。

最近，全球第二快的超級計算機 Frontier 把這些要素一口氣全算了一遍，完成了人類有史以來規模最大、複雜度最高的宇宙全景模擬。

動用 9000 個計算節點，比預期快了近 300 倍

這臺坐落在橡樹嶺國家實驗室的百億億次超算，峰值算力達到 1.4 exaFLOPS，全球只有它和登頂的 El Capitan 能跨過這個門檻。

在 2024 年 11 月進行的這次宇宙模擬中，團隊一口氣呼叫了 Frontier 大約 9000 個計算節點，每個節點裡塞的都是 AMD Instinct MI250X 晶片。

軟體層面用的是高能效宇宙學程式碼 HACC。這套系統屬於美國能源部耗資 18 億美元的百億億次計算專案旗下的 ExaSky 課題，研發團隊整整磨了七年。

當時專案設立的目標，是希望科學計算速度能比過去的基準快 50 倍。結果 Frontier 和 HACC 的實測表現把大家嚇了一跳，在處理同類流體力學模擬時，它的速度比此前土衛六的相關模擬快了近 300 倍。

不只算引力，連等離子體和暗物質都算進去了

算力提上來之後，最大的變化是模擬方法的升級。

以前算力不夠，科學家做大尺度模型只能搞重力 N 體模擬，說白了就是把星系當成一個個純引力質點來算。

這次 Frontier 跑的是計算量極度密集的流體力學宇宙學模擬。它不僅把宇宙整體膨脹算在內，還同步計算了暗物質的分佈，以及普通氣體和等離子體在極端引力下的流動與碰撞。

其實 Frontier 並不是第一次幹這種極限計算。2023 年 4 月，科學家曾用它搭建了名為 SCREAM 的全球氣候模型，把全球整整一年的天氣以 3 公里級別的超高解析度完整推演了一遍。

無論是高精度的氣候預測，還是在分子尺度上模擬化學反應來尋找新材料，這臺超算都在充當最底層的數字實驗臺。

為什麼重要

對天體物理學家來說，這是一臺真正意義上的宇宙數字孿生機。

以前理論物理學家推導暗物質模型，只能等韋伯望遠鏡碰運氣傳回觀測資料去碰運氣驗證。現在有了這種尺度的流體力學模擬，科學家可以在計算機裡直接對比不同假說下的星系演化過程，極大地縮短驗證週期。

對晶片與計算產業來說，這一戰也是 AMD 的一次漂亮展示。

長久以來前沿超算與 AI 加速幾乎被 Nvidia 壟斷，而 Frontier 靠著近萬顆 AMD MI250X 晶片頂住了這種極大規模的高負荷流體計算，證明了 AMD 在超大規模異構計算叢集上的工程可靠性。

我們認為，超算目前最性感的地方恰恰在於它和現代 AI 的結合。

科學研究正從純公式推導轉向 AI for Science，大語言模型和前沿演算法的訓練極度依賴這種吞吐龐大數據的基建。Frontier 跑通的大規模分散式排程經驗，接下來很可能反哺給下一代 AI 基礎模型。

不過，這種規模的模擬代價極其高昂，動輒幾千萬甚至上億美元的電力和軟硬體投入，意味著頂尖科學計算的入場券正進一步向極少數國家實驗室集中。