位於德國尤利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的 JUPITER，是歐洲首座兆級超級電腦，採用 NVIDIA Grace Hopper 超級晶片和 NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand 網路。過去一年，它已完成多項重要任務。

本週，國際超級運算社群齊聚漢堡 ISC 大會，JUPITER 上執行的四個專案展示了兆級運算的實際能力。這些專案包括以細胞尺度繪製人腦圖譜、以一公里解析度模擬整個地球氣候、為下一代無線網路建構 AI 系統，以及模擬通用的 50 量子位元量子電腦。

尤利希超級運算中心主任兼法蘭克福歌德大學教授 Thomas Lippert 表示：「JUPITER 不僅讓歐洲進入兆級運算時代，更在全球範圍內，引領最廣泛的科學與 AI 應用。」

以下詳述的四個專案，共同點在於：過去在舊有硬體上無法解決的科學問題，現在透過兆級運算已變得可行。

人腦圖譜的基礎模型

尤利希腦圖譜專案由尤利希神經科學與醫學研究所主導，並與 Helmholtz AI、合作醫院及其他 Helmholtz 機構合作，已開發出 CytoNet，這是一個用於腦部微觀結構分析的基礎模型。

人腦的複雜性令人驚嘆。它擁有 860 億個神經元和約 100 兆個連接，過去要以單一神經元解析度理解腦功能一直遙不可及，直到現在才成為可能。

這項研究由尤利希神經科學與醫學研究所（INM-1）的神經科學家 Katrin Amunts 和電腦科學家 Christian Schiffer 共同領導。該模型從細胞尺度的腦部影像資料中學習，建構出一個將個別細胞結構與更廣泛的腦部組織和功能模式連結起來的圖譜。

訓練過程在 JUPITER 上執行不到五天，使用了 4,096 個 NVIDIA Grace Hopper 超級晶片，處理來自 21 個屍體大腦的 6.5 PB 資料。描述這項工作的論文已在 arXiv 上發表。

尤利希研究中心 INM-1 主任兼杜塞道夫海因里希海涅大學腦研究教授 Katrin Amunts 表示：「我們首次不只是利用 AI 分析大腦，更是建構一個能自主思考實驗過程的代理程式。這將改變神經科學的未來，而 JUPITER 讓這句話在今天得以實現。」

該團隊的下一步是為腦研究人員建構一個 AI 代理程式，它將整合多模態推理、語言介面和問答功能，並使用包括 NVIDIA Nemotron 3 120B 在內的開放模型，目標是開發出能直接協助科學家探究腦部資料的 AI 助理。

公里級解析度的氣候模擬

由蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）、德國氣候運算中心（DKRZ）、尤利希超級運算中心（JSC）、馬克斯普朗克氣象研究所、NVIDIA、瑞士國家超級運算中心（CSCS）和漢堡大學的研究人員共同開發的全新 ICON 配置，於去年 11 月在 SC25 大會上榮獲戈登貝爾氣候模型獎。

這項突破不僅僅是解析度。ICON 是第一個以一公里解析度模擬耦合地球系統的模型，涵蓋海洋、大氣、陸地、生物地球化學和完整的碳循環，並在所有組件之間交換碳。它能模擬並視覺化完整的生態系統，例如浮游植物大量繁殖和浮游動物攝食。過去的系統只能模擬其中一部分，而 ICON 則能運行所有這些功能。這使得地球的模擬更加精確和完整，首次能以如此詳細的程度進行觀測。

該模型在 JUPITER 上使用 20,480 個 NVIDIA Grace Hopper 超級晶片運行，將約 146 天的真實氣候模擬壓縮到 24 小時的運算時間內，創下了全球氣候模擬的世界紀錄。NVIDIA 在 ICON 社群的參與已超過十年。

馬克斯普朗克氣象研究所運算基礎設施與模型開發組組長 Daniel Klocke 表示：「我們的模擬解析了塑造海洋生態系統並調節海洋碳吸收的精細尺度風、海洋渦流和上層海洋混合。在全球僅一公里的解析度下，許多這些交互作用直接從物理定律中產生，而非近似值。這為我們提供了前所未有的視角，了解大氣、海洋和生物圈如何協同運作，幫助我們理解驅動氣候變化的過程。」

6G 網路的兆級運算夥伴

今年三月，Ericsson 和尤利希研究中心宣布合作，利用 JUPITER 作為大規模 AI 模型訓練和測試的運算引擎，為 5G 的持續演進和 6G 網路開發 AI 技術。

這項合作的目標是開發受大腦啟發的架構，旨在以更低的能源成本處理複雜的網路操作。

研究重點包括為 Ericsson 的無線電和核心網路開發 AI 模型、利用神經形態方法在無線電邊緣進行節能 AI 推論，以及借鑒 JSC 兆級運算工作的模組化超級運算架構概念。

打破量子運算紀錄

尤利希超級運算中心（JSC）的研究人員與共同營運的 NVIDIA 應用實驗室合作，也創下世界首例，成功完整模擬一台通用的 50 量子位元量子電腦，超越了先前 48 量子位元的紀錄。

這項模擬之所以能實現，是仰賴 JUPITER 的 NVIDIA GH200 Grace Hopper 超級晶片所具備的連貫、緊密耦合的 CPU-GPU 記憶體架構。這使得超出 GPU 限制的資料能無縫地溢出到 CPU 記憶體中，且效能損失極小，讓 JUPITER 能儲存比單獨 GPU 記憶體大得多的量子態，這也是將模擬推過先前 48 量子位元紀錄的關鍵。

目前，這類模擬是量子研究最強大的工具：由於當前的量子硬體在實用問題上仍無法超越傳統電腦，因此以最大規模模擬量子機器，是研究人員設計和壓力測試未來硬體將運行演算法的方式。

這個強大的量子模擬器 JUQCS-50 將在 JUNIQ 中提供使用，JUNIQ 是由 JSC 主任兼科隆大學教授 Kristel Michielsen 領導的 JSC 量子電腦使用者設施，用於探索量子演算法設計的效能。JUQCS-50 將歐洲首座兆級系統轉變為未來量子 GPU 超級電腦的強大測試平台。

兆級運算的影響

JUPITER 上執行的科學研究範圍廣泛，從神經元到大氣、從無線基礎設施到量子運算，這證明了兆級運算已從研究範疇邁入實際應用階段。

這些成果是 Grace Hopper 平台在科學前沿領域實力的有力證明。

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