给加速器加速:科学家使用 GPU 与 AI 为欧洲核子研究中心高性能计算提速

来源:NVIDIA英伟达企业解决方案 发布时间:2023-06-27 10:07:42 阅读量:339

Maria Girone 认为 GPU 驱动的机器学习将在未来帮助物理学家开展科学研究。自 2002 年以来,这位粒子物理学博士一直在一个覆盖 40 多个国家、170 个站点的系统网格上工作。该系统支持欧洲核子研究中心 (CERN) 的大型强子对撞机(LHC)并将进行一次重大升级。



Maria Girone 正在使用加速计算和 AI 扩展全球最大的科学计算机网络。


自 2002 年以来,这位粒子物理学博士一直在一个覆盖 40 多个国家、170 个站点的系统网格上工作。该系统支持欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)并将进行一次重大升级。


这台巨型加速器的高亮度版本将(HL-LHC)能够产生 10 倍以上的质子碰撞,每年产生数千 EB 数据。这比它 2012 年的两个实验产生的数据高出了整整一个数量级,当时的实验发现了希格斯玻色子,这种亚原子粒子验证了科学家对宇宙的理解。


日内瓦的召唤


Girone 在意大利南部长大,她自幼喜欢科学。


Girone 表示:“我在读大学时想要了解支配宇宙的基本力量,所以我主攻物理学。欧洲核子研究中心(CERN)十分吸引我,因为在这里,来自世界各地的人怀着对科学的热爱一起工作。”


CERN 位于日内瓦湖和汝拉山之间,聚集了 12000 多名物理学家。


位于法国与瑞士边境的 CERN 及其下方的大型强子对撞机。

(图片来源:CERN)


其 27 公里长的环形轨道有时被称为世界上最快的“赛道”,这是因为绕着它运动的质子会被加速到 99.9999991%的光速。它的超导磁体在绝对零度附近运行,产生的碰撞温度在短时间内比太阳高几百万倍。


避免“闭门造车”


2016 年,Girone 被任命为 CERN openlab 首席技术官。该团队聚集了来自学术界和产业界的研究人员,旨在加速创新并应对未来计算方面的挑战。它通过意大利的专业高性能计算和 AI 公司 E4 Computer Engineering 与 NVIDIA 开展密切的合作。


Girone 最初的工作之一是组织 CERN openlab 的第一次 AI 研讨会。


很多来自业界的参与者对这项技术有着强烈的热情。物理学家在演讲中解释了未来面临的挑战。


Girone 说:“这天结束后,我们意识到虽然我们来自两个不同的世界,但大家都在互相倾听并热情地提出下一步行动建议。”


掀起物理学 AI 浪潮


Girone 表示,目前关于将 AI 应用于高能物理学的整个数据处理链的出版物数量在不断增加。她认为这项工作吸引了那些发现 AI 在解决复杂问题方面潜力的年轻研究人员。


同时,研究人员也在移植物理软件到 GPU 加速器上,并使用在 GPU 上运行的现成 AI 程序。


Girone 表示:“如果没有 NVIDIA 帮助我们的研究人员一起解决问题、回答问题和撰写论文,这一切就不会来得这么快。在 NVIDIA 有伙伴精通科学如何与技术同步发展以及如何发挥 GPU 的加速作用,这一点至关重要。”


Girone 团队的另一个研究重点是能源效率。


她表示:“我们正在对一些项目进行实验,比如移植到功率更低的架构上。我们期待对功率更低的新一代处理器进行评估。”


数字孪生和量子计算机


为了准备这台 HL-LHC,在 3 月被任命为 CERN openlab 负责人的 Girone 寻找利用机器学习和加速计算来加快科学研究的新方法。在近期和遥远的未来,还将出现其他工具。


该团队最近获得了一笔用于设计数字孪生引擎原型的资金。该引擎将服务物理学家以及从天文学到环境科学等各领域的研究人员。


加速器内部一览。

(图片来源:CERN)


CERN 还发起了一次学界和业界研究人员在量子计算领域的合作。这项技术能够推动科学发展并建立更好的量子系统。


追求多元化


在另一项社区建设行动中,Girone 是“Women in HPC”组织瑞士分会的四名共同创始人之一。该组织将帮助确定具体行动来为处在职业生涯各个阶段的女性提供支持。


Girone 表示:“我想要创建一个让每个人都能感受到自己的贡献和归属的多元化团队。这不仅仅是完成各项数字指标,更重要的是实现一种归属感。”


在 CERN 宣布发现希格斯玻色子的那一天,Girone 是数千名领会到这一精神的物理学家之一。


她回忆道,自己在凌晨 4 点起床,然后前往主礼堂排队等位。主礼堂无法容纳当天到来的所有的研究人员和宾客,但她和其他在附近大厅观看这场活动的人都能感受到这一成就所带来的喜悦。


“我知道自己所做出的贡献。作为这篇论文的众多作者之一,我感到十分自豪,我的父母和孩子也为我感到骄傲。”


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