专为加速诺贝尔奖等级科学研究设计的超级电脑

专为加速诺贝尔奖等级科学研究设计的超级电脑。NVIDIA

准备好在第一线亲自感受下一场科学革命了吗？这正是在美国加州柏克莱劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）发表的突破性超级电脑「Doudna」背后的理念。

该系统象徵着美国在高效能运算（HPC）领导地位的重大国家级投资，可确保美国研究人员能掌握顶尖工具，以应对全球关键挑战。

美国能源部长Chris Wright表示：「Doudna将推动从化学、物理学到生物学的科学发现，而这一切的背后动力，正是人工智能（AI）所释放的能量。」

Doudna亦称为NERSC-10，是以诺贝尔奖得主与CRISPR基因编辑技术先驱Jennifer Doudna命名。此次发表的新时代系统，不仅是为追求运算速度而设计，更着眼于其影响力。

Doudna采用戴尔科技集团的基础设施，并搭载NVIDIA的Vera Rubin架构，预计于2026年启用，专为美国能源部最迫切的科学任务实时探索需求量身打造。这台新时代系统将使美国研究人员走在关键科学突破的尖端，促进创新并巩固美国在关键技术领域的竞争优势。

NVIDIA创始人暨CEO黄仁勳表示：「我对于美国持续投资这一领域感到无比自豪。这是美国科学发现的基础，也是我们保持经济和科技领先地位的基石。」

Jennifer Doudna指出：「能够来到这里，我感到无比荣幸。我认为我们正处于生物学领域一个非常有趣的时刻，拥有不同技能的人们齐聚一堂，共同应对全球性的问题。」Doudna也补充表示，一台超级电脑将以她的名字命名，这让她感到「既惊喜又欣喜」。

为加速突破而生的设计

有别于与各自为政的传统系统，Doudna将模拟运算、数据处理与AI技术无缝整合为单一协作平台。

美国国家能源研究科学运算中心（NERSC）总监Sudip Dosanjh表示：「Doudna超级电脑是为加速一系列科学工作流程而打造。Doudna将透过能源科学网络（ESnet）连接至美国能源部的实验与观测设施，使科学家能够将来自全国各地的数据无缝传输到该系统中，并进行近乎实时的分析。」

Doudna能为逾11,000名研究人员提供近乎实时的回应能力与整合的工作流程，帮助科学家探索更宏大的问题，并比以往更快的速度找到解答。

美国国家能源研究科学运算中心（NERSC）先进技术部门负责人暨Doudna首席架构师Nick Wright表示：「我们不只是正在打造一台更快的电脑，而是建立一个系统，帮助研究人员更广泛地思考，并更快地发现问题。」

Wright预期Doudna将在以下领域推动进展：核融合：在模拟技术方面取得突破，实现洁净的核融合能；材料科学：设计新型超导材料的AI模型；加速药物探索：极高速工作流程可协助生物学家快速折叠蛋白质，在疫情发生前超前部署；天文学：实时处理来自美国基特峰国家天文台（Kitt Peak National Observatory）暗能量光谱仪的数据，协助科学家以前所未有的速度绘制宇宙地图。

Doudna创造的科学成果预计将比前代系统Perlmutter高出10倍以上，而使用的能量仅为Perlmutter的2至3倍。这代表每瓦的效能提升达3至5倍。这样的成果来自芯片设计、动态负载平衡与系统级效率的创新。

AI驱动的大规模发现

Doudna将推动全美具备重大影响力的科学领域实现 AI 驱动的突破。重点应用包含：AI用于蛋白质设计2024年诺贝尔奖得主David Baker利用美国国家能源研究科学运算中心系统来支持其使用AI技术预测新型蛋白质结构的工作，解决跨科学领域的难题。

AI用于基础物理学：Benjamin Nachman等研究人员正在运用AI技术「展开」粒子物理数据中探测器失真的情况，并且分析电子质子对撞机实验所得的质子数据。

AI用于材料科学：包括劳伦斯伯克利国家实验室与Meta在内的合作夥伴开发了「Open Molecules 2025」，一个运用AI精准模拟复杂分子化学反应的大型数据集。相关研究人员的AI模型同样仰赖美国国家能源研究科学运算中心。

实时科学  实质影响

Doudna不光是一个独立系统，更是科学工作流程不可或缺的组成。美国能源部的ESnet将透过低延迟、高处理量的NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand网络，将来自望远镜、探测器与基因定序仪的数据实时传输至Doudna。

这些关键数据流由智能服务品质机制优先处理，以确保数据从输入到深入分析的过程快速且不中断。这将使得系统反应速度变得极快。以美国DIII-D国家核融合点火实验设施为例，控制室的实时事件数据将直接传输到Doudna，用于离子建模的快速回应，让科学家得以实时做出调整。

Wright表示：「我们曾经把超级电脑视为角落里被动的参与者。现在，它已成为整个工作流程的一部分，与实验、望远镜和探测器相连。」

下一代平台：开启量子与高效能运算工作流程

Doudna支持传统高效能运算（HPC）、尖端AI、实时串流以及量子运算等工作流程。这包括支持可扩展的量子演算法开发，以及透过NVIDIA CUDA-Q等平台共同设计未来整合式量子与高效能运算系统。

所有这些流程都将在下一代NVIDIA Vera Rubin平台上运行，该平台结合高效能CPU与具备存储器一致性的GPU，让所有处理器能直接存取及共享数据，以支持要求最严苛的科学工作负载。

为了进一步扩展，该系统预计使用NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand，将网络运算效能提高9倍，让最具挑战性的工作负载得以存取更多的运算与存储器，突破NVLink网域的限制。

研究人员已经使用PyTorch、NVIDIA Holoscan软件开发套件、TensorFlow、NVIDIA cuDNN以及NVIDIA CUDA-Q等框架来移植完整的管道，这些框架皆针对Rubin GPU与NVIDIA NVLink架构进行最佳化。

目前已有超过20个研究团队透过美国国家能源研究科学运算中心的科学加速计划，将完整工作流程移植到Doudna，处理涵盖气候模型到粒子物理的各项问题。这不仅关乎原始运算，更与从构想到洞察的整合发现相关。

为迫切性而生

AI辅助科学研究成果2024年荣获两项诺贝尔奖。从气候变迁到因应疫情发展，未来的重大突破无法等待基础设施的更新。

Doudna预计于2026年正式投入使用，将引领加速科学进展的全新时代。全美各地的能源部辖下设施，从费米实验室（Fermilab）到联合基因组研究所（Joint Genome Institute），都将依赖Doudna的能力，将当前的科学问题转化为未来的突破。

Wright表示：「这并非只是用于某一个领域的系统。它是为发现而生，跨越化学、物理，甚至那些我们还没想像到的领域。」

正如黄仁勳所形容，Doudna是「科学领域的时光机」，将多年来的研究发现压缩至数日内完成，并为解决全球最艰难的难题注入期待已久的力量。