“創世紀”計劃從愿景走向執行

上周在英偉達GTC大會上，英偉達超大規模和HPC副總裁Ian Buck與美國能源部（DOE）科學副部長Dario Gil之間的一場爐邊談話，聚焦于HPC社區熟悉的一個主題：先進計算與科學發現的融合。對話強調了DOE的 Genesis（創世紀）計劃的下一階段，因為該部門開始將其AI for Science議程轉化為團隊、系統和資助的研究項目。

Genesis于去年11月通過行政命令啟動，是一項旨在改變美國科學進行方式的國家級倡議。

"我們尋求做的是用先進計算革命科學和工程實踐。我們尋求將高性能計算、AI超級計算機和量子計算機結合到一個統一平臺中來加速科學和工程。這是一個令人難以置信的激動時刻，"Gil告訴Buck。

領導該倡議的Gil將Genesis描述為既是一個基礎設施建設，也是一個協調努力，以解決一組明確的國家級挑戰。DOE已經確定了跨越能源、發現科學和國家安全的26項挑戰。例子包括加速商業聚變的路徑、降低核能的成本和時間表，以及推進生物技術和材料科學。

Buck在DOE現有實驗室基礎設施的背景下描述了這些挑戰，其中許多問題已經在大規模上被探索："我最近訪問了阿貢國家實驗室，有機會看到APS和光源，以及它們如何與世界上一些最大的超級計算機相連。現在，隨著AI的出現，我們擁有模擬和AI可以幫助解決其中一些問題，"Buck說。"你在這些實驗室有一些充滿激情的科學家，他們正在研究國家面臨的一些重大挑戰。"

Genesis使命不是將AI視為一個獨立領域，而是直接將其置于科學工作流中。目標不僅僅是擴展模型，而是改變實驗的設計方式、模擬的運行方式以及數據的解釋方式。

Gil以聚變研究為例。經過數十年的實驗工作和高度精確的模擬代碼的開發，研究人員現在使用AI智能體模型來大幅提高模擬速度。Gil表示，這些方法可以將某些工作流加速幾個數量級，縮短模擬和實驗之間的時間。

Genesis使命圍繞這種模式構建，AI系統被層疊在長期投資的數據、儀器和模擬之上。Gil將蛋白質結構預測的歷史描述為另一個案例研究。在AlphaFold等系統之前很久，國家實驗室基礎設施和學術研究產生了使大規模預測成為可能的基礎數據集。這對Genesis的啟示是，在其他領域也存在類似機會，從高能物理到材料發現。目標是在數十個領域復制這一軌跡。

Genesis的成功將意味著不僅產生一個突破，而是許多突破。實際上，這可能轉化為在未來幾年從現有科學基礎設施中涌現出數十項AI驅動的進步。

"其他地方呢，我們有所有這些數據集，所有這些精美的科學儀器，以及圍繞它們的所有這些社區？我們如何動員它們不僅有一個AlphaFold的故事，而是在幾年后，我們會擁有50、100、200個故事，一個接一個，一個領域接一個領域，"Gil說。"我們會說，這就是顯微鏡的意義，這就是高能物理的意義，這就是宇宙學的意義，這就是聚變的意義，等等。我們將實現這一點。"

為了支持這一目標，DOE正在將其在大規模設施中的傳統作用與一種新的合作模式相結合。Genesis的結構旨在鼓勵國家實驗室、產業界和大學之間的合作，特別是在項目進入后期階段時。英偉達是這項工作的早期合作伙伴之一。該公司正與DOE和其他合作者部署新的專注于AI的系統，包括阿貢國家實驗室的大型GPU集群。這些系統旨在為Genesis工作負載提供計算骨干，并使先進AI基礎設施可被科學社區使用。

Gil強調，速度是當務之急。一周前，DOE宣布了最初的2.93億美元資金，以支持第一波項目。團隊將從較小的探索性工作開始，然后擴展到更大的、多機構項目。時間表是激進的，早期團隊預計在今年夏天投入運營。

除了基礎設施和資金，Gil還強調人才發展是一個核心組成部分。Genesis使命包括計劃培訓數以萬計的科學家和工程師掌握AI驅動的研究方法。物理學家、化學家和生物學家將能夠將AI整合到他們的現有學科中，增強領域專長而不是取代它。

在構建統一科學計算平臺的努力中，Genesis使命還將量子計算作為一個新興組件包括在內。長期愿景是緊密集成的系統，結合經典HPC、AI加速器和量子處理器。這些混合架構預計將在化學和材料科學等領域發揮作用。Gil提到，量子糾錯和硬件穩定性的最新進展是該領域正朝著實用系統發展的跡象。他說，下一個里程碑將是能夠解決科學相關問題的糾錯量子機器的開發，可能在未來幾年內實現。

對于HPC社區而言，Genesis使命代表了一個熟悉模式的延續，即大規模計算基礎設施被用于解決國家一些最關鍵的科學和工程挑戰。將Genesis定義為國家級努力，而不僅僅是DOE的計劃。期望是，其成功將取決于現有生態系統——包括實驗室、大學和產業界——能夠在多大程度上圍繞共同目標進行協調。如果該模式奏效，它可能重新定義美國大規模科學的進行方式，AI成為科學方法的核心部分。

"這是利用計算革命和AI改變我們領域實踐的旗艦國家級科學和工程倡議，構建一個加速發現的平臺，"Gil說。"這僅僅是個開始。但我們必須啟動這些團隊，參與進來，讓Genesis使命成為你自己的使命。這不僅僅是DOE的故事。這是整個國家的故事，一個阿波羅時刻。"