從酶催化機(jī)制的量子化學(xué)計(jì)算，到原子尺度自組裝多肽的功能結(jié)構(gòu)；從二維物質(zhì)演化成三維時(shí)的相變路徑追蹤，到日珥精細(xì)結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)的形成機(jī)制，這些看似迥異的科學(xué)謎題，最終都指向同一個(gè)答案：數(shù)據(jù)洪流中的計(jì)算革命。

南京大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)正是這場(chǎng)革命的加速器，它用每秒數(shù)千萬(wàn)億次的運(yùn)算能力，將實(shí)驗(yàn)室猜想轉(zhuǎn)化為數(shù)字世界的精準(zhǔn)推演，讓跨學(xué)科的科研靈感在算力支撐下迸發(fā)突破。

01

科研的“催化劑”

自2010年成立以來(lái)，南京大學(xué)高性能計(jì)算中心提供的計(jì)算服務(wù)已不僅僅是超級(jí)計(jì)算機(jī)的物理范疇，更成為學(xué)?？蒲袆?chuàng)新、人才培養(yǎng)和戰(zhàn)略發(fā)展不可或缺的核心基礎(chǔ)設(shè)施。

南京大學(xué)高性能計(jì)算中心盛樂(lè)標(biāo)主任介紹說(shuō)，高性能計(jì)算中心在南京大學(xué)的發(fā)展過(guò)程中起到了非常重要的作用，它提供的高性能計(jì)算平臺(tái)，不僅僅是簡(jiǎn)單的超級(jí)計(jì)算機(jī)，更是在科研的促進(jìn)方面，起到了“催化劑”的作用。

正如南京大學(xué)匡亞明學(xué)院副院長(zhǎng)董昊教授所說(shuō)，高性能計(jì)算已經(jīng)成為了開(kāi)展相關(guān)理論計(jì)算研究的重要的工具。董昊教授強(qiáng)調(diào)，

沒(méi)有這樣的工具，我們就沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、大尺度體系的深入研究。

南京大學(xué)匡亞明學(xué)院副院長(zhǎng)董昊教授

南京大學(xué)高性能計(jì)算中心，正是提供了這樣的一個(gè)強(qiáng)大的算力支撐和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的保障，確保了董昊教授他們?cè)趶?fù)雜體系的化學(xué)物理方面的研究。

對(duì)于南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院陳鵬飛教授及其所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)而言，也同樣如此。陳鵬飛教授表示，數(shù)值模擬已經(jīng)變成了包括天文在內(nèi)幾乎所有領(lǐng)域最重要的研究手段。所謂數(shù)值模擬，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，來(lái)試圖解釋觀測(cè)到的現(xiàn)象。

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院陳鵬飛教授

董昊教授關(guān)于功能性多肽自組裝體系的研究，就借助了南京大學(xué)高性能計(jì)算中心的工具，在原子尺度上，研究了多肽聚集的可能狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)，揭示了它進(jìn)行催化反應(yīng)的分子機(jī)制，并通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)。最終，相關(guān)的研究成果，發(fā)表在了德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

陳鵬飛教授團(tuán)隊(duì)借助高性能計(jì)算中心的算力，對(duì)日珥爆發(fā)時(shí)的波紋明暗與太陽(yáng)磁力線方向的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了相關(guān)猜想的正確性，該研究結(jié)果今年發(fā)表在了國(guó)際主流天文期刊《天文與天體物理》上。

事實(shí)上，這只是高性能計(jì)算中心支持科研獲得成果的一個(gè)體現(xiàn)。高性能計(jì)算中心自成立以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)支持南京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)取得多項(xiàng)突破性成果，其中包括入選“中國(guó)十大科技進(jìn)展”的重大項(xiàng)目。

02

算力“吞噬機(jī)”

隨著越來(lái)越多的學(xué)院都開(kāi)始利用高性能計(jì)算中心的算力進(jìn)行科研，南京大學(xué)高性能計(jì)算中心的作業(yè)排隊(duì)現(xiàn)象逐漸變得十分突出，用戶的計(jì)算需求遠(yuǎn)超“中心”所能夠提供的計(jì)算能力。

盡管自從2010年“南京大學(xué)高性能計(jì)算中心“正式掛牌成立之后，中心在2015年投入了數(shù)千萬(wàn)元進(jìn)行了一次大規(guī)模的升級(jí)，其理論CPU計(jì)算峰值高達(dá)870萬(wàn)億次/秒，Linpack實(shí)測(cè)值79.62%，在2017年6月發(fā)布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)Top500排行榜中列第284位。

隨后在2019年、2022年，南京大學(xué)高性能計(jì)算中心進(jìn)行了兩次計(jì)算節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)容，依然無(wú)法跟上南京大學(xué)科研和教學(xué)對(duì)于算力的渴求。源源不斷立項(xiàng)的科研項(xiàng)目，依然像是“吞噬機(jī)”消耗著增長(zhǎng)出來(lái)的算力。

陳鵬飛教授介紹了他們項(xiàng)目組此前發(fā)表在《自然天文》雜志上的一篇文章，該論文累積使用了高性能計(jì)算中心的超過(guò)40萬(wàn)機(jī)時(shí)才得到了最終所需要的計(jì)算結(jié)果。

“這還只是二維的數(shù)值模擬，真實(shí)的空間是三維的，如果要進(jìn)一步完善模擬效果，將之前二維的工作推廣到三維，那么就意味著更多的計(jì)算量，大概要增加40倍?！标慁i飛教授補(bǔ)充說(shuō)道。

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院陳鵬飛教授

這只是陳鵬飛教授一個(gè)項(xiàng)目組對(duì)算力需求的變化。事實(shí)上，很多科研項(xiàng)目對(duì)于算力的需求幾乎是無(wú)止境的，只是限于算力的總量，不得不進(jìn)行平衡和妥協(xié)，以達(dá)成在某一個(gè)階段最合適的效果。

正如南京大學(xué)高性能計(jì)算中心盛樂(lè)標(biāo)主任所說(shuō)，用戶總是希望有更新的計(jì)算平臺(tái)，提供更大的算力，這樣就可以在更短的時(shí)間內(nèi)，完成相關(guān)的模擬工作。

南京大學(xué)高性能計(jì)算中心盛樂(lè)標(biāo)主任

原有的算力已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的科研需要，而高性能計(jì)算中心所在的南京大學(xué)蒙民偉樓相對(duì)比較老舊，中心如果需要擴(kuò)容的話，不僅面臨著空間有限的挑戰(zhàn)，更是面臨著電力供應(yīng)的挑戰(zhàn)。

“我們必須在有限的電力情況和有限的空間條件下，來(lái)建設(shè)更多的算力?！笔?lè)標(biāo)強(qiáng)調(diào)。

作為南京大學(xué)的核心設(shè)備供應(yīng)商，聯(lián)想的服務(wù)器產(chǎn)品持續(xù)支撐著南京大學(xué)高性能計(jì)算中心的擴(kuò)容項(xiàng)目，以高可靠、高算力特性贏得了南京大學(xué)的信賴。

03

“聯(lián)想問(wèn)天海神”液冷突破算力難題

高性能計(jì)算中心的此次算力升級(jí)方案，采用的是液冷技術(shù)。盛樂(lè)標(biāo)表示，

我們要在30平米的空間內(nèi)，建設(shè)更高密度的服務(wù)器，那就必須采用高性能的液冷服務(wù)器。不僅能夠應(yīng)對(duì)空間有限的挑戰(zhàn)，更重要的是比風(fēng)冷方案更為節(jié)能，可以以有限的電力支撐更多的算力節(jié)點(diǎn)。

2025年9月24日，南京大學(xué)高性能計(jì)算中心建設(shè)的液冷高性能計(jì)算平臺(tái)——“藍(lán)鯨一號(hào)”正式建成并投入運(yùn)行。該平臺(tái)集高效計(jì)算、綠色節(jié)能于一體，將有力支撐學(xué)校在前沿科學(xué)與工程領(lǐng)域的科研攻關(guān)，進(jìn)一步鞏固了南京大學(xué)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

04

液冷高性能計(jì)算平臺(tái)——“藍(lán)鯨一號(hào)”

據(jù)介紹，“藍(lán)鯨一號(hào)”液冷計(jì)算平臺(tái)集成了360臺(tái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)與2套高性能存儲(chǔ)系統(tǒng)，室內(nèi)整體占地面積不到三十平方米，展現(xiàn)出卓越的空間利用效率。平臺(tái)理論雙精度浮點(diǎn)計(jì)算峰值約2580萬(wàn)億次/秒，在全機(jī)實(shí)測(cè)中表現(xiàn)優(yōu)異，HPL（高性能Linpack基準(zhǔn)測(cè)試）效率高達(dá)88.25%。

聯(lián)想資深HPC&AI架構(gòu)師張鋒表示，聯(lián)想液冷以其高密度低功耗的設(shè)計(jì)理念著稱，同時(shí)兼顧了強(qiáng)大的性能與穩(wěn)定性，不僅有效地降低了運(yùn)營(yíng)成本，更在綠色節(jié)能方面樹(shù)立了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。張鋒強(qiáng)調(diào)，

聯(lián)想液冷平臺(tái)憑借高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，在兼顧算力和成本控制上均有出色的表現(xiàn)。

聯(lián)想資深HPC&AI架構(gòu)師張鋒

整體的液冷服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的部署效果，非常好的滿足了南京大學(xué)高性能計(jì)算中心的需求。盛樂(lè)標(biāo)表示，“同樣的360個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果采用風(fēng)冷，其單機(jī)柜功率是20千瓦，遠(yuǎn)低于液冷機(jī)柜的60千瓦，再加上相關(guān)空調(diào)的配備，整體需要100平米的占用空間，現(xiàn)在的機(jī)房已經(jīng)沒(méi)有這么大的剩余空間。液冷計(jì)算平臺(tái)很好地滿足了本輪的算力升級(jí)需要?！?/strong>

據(jù)張鋒介紹，此次南京大學(xué)的“藍(lán)鯨一號(hào)”液冷計(jì)算平臺(tái)建設(shè)，相比風(fēng)冷方案，

實(shí)現(xiàn)了66%的機(jī)房空間節(jié)?。?/p>

50%能耗節(jié)??；

8%的性能提升；

南京大學(xué)“藍(lán)鯨一號(hào)”液冷計(jì)算平臺(tái)的建成啟用，有效緩解了南京大學(xué)日益增長(zhǎng)的計(jì)算資源需求壓力，使研究人員能夠構(gòu)建和運(yùn)行更精細(xì)、更大尺度的科學(xué)模型，從而加速原創(chuàng)性科研成果的產(chǎn)出，成為推動(dòng)學(xué)?？蒲邪l(fā)展的新引擎。

05

邁向超智融合

隨著人工智能大模型的發(fā)展，南京大學(xué)的高性能計(jì)算中心開(kāi)戶課題組已經(jīng)不僅僅是來(lái)自傳統(tǒng)的化學(xué)化工、大氣科學(xué)、地球科學(xué)、物理學(xué)院等傳統(tǒng)理工科“算力消耗大戶”，也有來(lái)自商學(xué)院、社會(huì)學(xué)院等相關(guān)文科學(xué)院的研究課題。

盛樂(lè)標(biāo)表示，

除了大氣科學(xué)學(xué)院、物理、化學(xué)、地球科學(xué)、地質(zhì)與海洋等學(xué)院之外，文科和社會(huì)科學(xué)很多科研項(xiàng)目的數(shù)據(jù)量增大之后，也都開(kāi)始涉及到數(shù)據(jù)科學(xué)方面的計(jì)算，因此更多的學(xué)院開(kāi)始借助高性能計(jì)算的工具展開(kāi)科研工作。

不僅有覆蓋范圍的變化，更重要的是算力方式的變化。據(jù)盛樂(lè)標(biāo)的觀察，南京大學(xué)各學(xué)院的科研項(xiàng)目，已經(jīng)從此前相對(duì)單純的以CPU為主的科學(xué)計(jì)算，逐漸向深度學(xué)習(xí)和AI大模型為主的科學(xué)智能計(jì)算轉(zhuǎn)變。

據(jù)陳鵬飛教授介紹，在沒(méi)有AI之前，相關(guān)的天文模型如果要做模擬，每次都需要重新做。以某需要消耗一萬(wàn)CPU機(jī)時(shí)的項(xiàng)目為例，如果調(diào)一下項(xiàng)目和參數(shù)，那么就需要同樣甚至更多的CPU時(shí)間。在引入AI之后，就可以先進(jìn)行訓(xùn)練，基于訓(xùn)練集，在將來(lái)再研究其他的日珥爆發(fā)現(xiàn)象時(shí)候，就可以用AI模型去進(jìn)行預(yù)測(cè)，而不需要重新進(jìn)行計(jì)算。

只是在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，相當(dāng)多的程序還沒(méi)有GPU化，無(wú)法更好地利用AI的優(yōu)勢(shì)，但是整體的趨勢(shì)是在向AI方向轉(zhuǎn)變。

盛樂(lè)標(biāo)也表示，在目前南京大學(xué)的科學(xué)計(jì)算項(xiàng)目中，盡管已經(jīng)有諸多項(xiàng)目有GPU的需求，但是整體而言，CPU算力需求更為緊張。再加上經(jīng)費(fèi)有限，GPU服務(wù)器成本遠(yuǎn)高于CPU服務(wù)器，因此此次的升級(jí)中，南京大學(xué)新項(xiàng)目選擇以CPU計(jì)算節(jié)點(diǎn)為主。

他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)說(shuō)，從科研項(xiàng)目的發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，未來(lái)，以GPU為核心的AI計(jì)算將會(huì)與以CPU為主的傳統(tǒng)計(jì)算并駕齊驅(qū)，共同推動(dòng)科學(xué)研究的發(fā)展和突破，南京大學(xué)高性能計(jì)算中心也將會(huì)從傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算中心，逐步演進(jìn)為科學(xué)智能計(jì)算中心，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

作為核心供應(yīng)商的聯(lián)想，顯然也已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。

正如張鋒所說(shuō)，隨著人工智能應(yīng)用的規(guī)模迅速擴(kuò)大，包括南京大學(xué)在內(nèi)的許多高校，正面臨著高性能計(jì)算集群與智能計(jì)算機(jī)群并存的局面，聯(lián)想萬(wàn)全異構(gòu)智算平臺(tái)可以統(tǒng)一納管異構(gòu)算力，能夠更好地應(yīng)對(duì)超智融合的管理挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)HPC集群與智能計(jì)算機(jī)群，統(tǒng)一的管理和調(diào)度。

南京大學(xué)“藍(lán)鯨一號(hào)”液冷計(jì)算平臺(tái)的上線，只是聯(lián)想高性能計(jì)算和智算服務(wù)高校的一個(gè)縮影。除了南京大學(xué)之外，聯(lián)想也為北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、南方科技大學(xué)等數(shù)十所高校打造了高性能計(jì)算平臺(tái)和智算平臺(tái)。

聯(lián)想，正以超智融合的卓越算力，推動(dòng)科研創(chuàng)新，持續(xù)助力中國(guó)高?？蒲械母哔|(zhì)量發(fā)展。