全球第二快超級電腦「Frontier」突破極限，模擬史上最大規模宇宙

位於美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的超級電腦「Frontier」，近期完成了一項前所未有的宇宙模擬，這項突破性研究將我們對宇宙的理解推向了一個全新的高度。Frontier不僅僅依賴重力，還結合了暗物質以及氣體和電漿的運動，來模擬可觀測宇宙的運作。

這項模擬是美國能源部（DOE）耗資18億美元的「Exascale Computing Project」計畫的一部分，其中使用的軟體平臺名為「Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code」（HACC）。作為ExaSky專案的核心，HACC的表現遠超預期，運算速度比過去的基準提升了近300倍，甚至比模擬土星衛星「泰坦」的類似研究還要快得多。DOE與HACC團隊花費了七年時間，不斷提升Frontier等超級電腦的運算能力，最終實現了這項突破。

與以往僅考慮重力、氣體或電漿的模型不同，這次的模擬引入了「流體動力學宇宙學」的概念，這是一種更為複雜的計算模型，涵蓋了宇宙膨脹和暗物質影響等原理。2024年11月進行的模擬中，Frontier動用了約9,000個運算節點，每個節點都配備了AMD Instinct MI250X顯示卡。Frontier是全球第二快的超級電腦，運算能力高達1.4 exaFLOPS。所謂「exascale」超級電腦，指的是運算能力超過999 petaFLOPS（0.9 exaFLOPS）的機器，目前只有El Capitan的1.7 exaFLOPS超越Frontier。

除了宇宙模擬，Frontier在其他關鍵研究領域也發揮了重要作用。2023年4月，科學家開發了「Simple Cloud-Resolving E3SM Atmosphere Model」（SCREAM），這是一個能夠模擬全球氣候資料的程式，解析度高達3公里，成為分析大氣、海洋和陸地之間複雜互動的基石，進一步提升了天氣預測的精準度，並為氣候變遷研究提供了更可靠的資料。

在材料科學領域，Frontier幫助設計師開發出具有增強效能的新型基材和幾何結構，使材料更輕、更強且耐腐蝕。其exascale運算能力讓研究人員能夠在分子尺度上模擬化學反應，預測材料行為，並在能源儲存、運輸、製造和核醫學等領域發現新材料。

然而，科學家們最為興奮的是exascale運算如何推動人工智慧（AI）的發展。這些超級電腦的速度讓程式設計師能夠快速迭代演演算法並分析龐大的資料集，特別是在大型語言模型的開發以及氣候模型和氣候變遷預測的應用上，展現了巨大的潛力。

Frontier的突破性成就，不僅讓我們更接近理解宇宙的奧秘，也為未來的科學研究開啟了無限可能。