分析丨SC24英伟达成最大亮点，哪些技术将在未来显现？

自2006年推出CUDA以来，NVIDIA持续推动AI与加速计算的发展，最新公布的全球最强超级计算机TOP500榜单彰显了该公司在超级计算领域所取得的显著成就。

在本年度的TOP500榜单中，共有384个系统应用了英伟达的技术。

在新晋榜单的53个系统中，有46个系统（占比87%）采用了英伟达的加速技术。

在这些采用加速技术的系统中，85%配备了NVIDIA Hopper GPU，这些技术正在促进气候预测、药物研发和量子模拟等领域的研究进展。

混合精度浮点运算与AI技术已经成为研究者应对现代科学挑战的优选工具。

相较于传统方法，这些技术在提供更快速度、更高能效和更强适应性的同时，确保了计算结果的准确性不受影响。

这一转变不仅在理论上具有可行性，实际上也已经实现。

在SC24会议上，入围戈登贝尔奖的两个决赛项目展示了AI与混合精度技术如何助力基因组学和蛋白质设计领域的进步。

阿贡国家实验室的计算生物学家Arvind Ramanathan同样利用NVIDIA Grace Hopper超级计算机的Alps系统，借助高达3 exaflops的AI计算能力，加速了蛋白质设计的研究。

BioNeMo开源框架：生物制药领域引入计算能力

近期诺贝尔化学奖的颁发证明了 AI、加速计算与日益增长的数据集相结合，为制药行业带来了前所未有的机遇。

在药物研发领域，生物信息学与AI的应用正逐渐成为推动生命科学领域变革的关键力量。

传统药物研发过程漫长而艰巨，平均耗时超过十年，且需投入巨额资金，过程中充满挑战与不确定性。

为应对这些挑战，众多企业和研究机构纷纷寻求AI与高性能计算的辅助，期望借助科技之力，以前所未有的速度和精确度推进药物研发，降低高昂的研发成本，促进创新药物的问世。

BioNeMo框架是一套可供免费使用的编程工具和软件包，研究人员可利用它访问和定制生物分子模型，进行分子生成、蛋白质结构预测等研究任务。

英伟达将加强在药物研发领域的投入，开发更先进的AI模型和工具，以加速新药的研发和上市。

通过不断优化BioNeMo框架，英伟达将推出更多支持药物研发的功能。

例如，开发新的AI模型，能够更精确地预测药物与靶蛋白的相互作用，从而提高药物筛选的效率。

同时，利用AI技术优化药物设计，以减少研发成本和时间。

BioNeMo框架通过整合加速计算技术与开源数据集，为药物研发领域提供具有指数级扩展能力的AI模型和先进的计算能力。

BioNeMo框架通过融合加速计算技术及提供更丰富的开源数据集，促进了生物医药产业的发展。

研究人员依赖于特定的生物分子模型和数据集，以大规模地获取深入见解，从而加速治疗方案的设计过程。

BioNeMo已被产业界和学术界广泛采用，包括A Alpha Bio、美国阿贡国家实验室、Dyno Therapeutics、罗氏集团旗下的基因泰克以及 Ginkgo Bioworks 等机构。

ALCHEMI NIM微服务：材料生产和应用提供AI支持

国际金融公司（IFC）的报告指出，目前超过96%的制成品所依赖的化学物质尚无替代品，因此，开发新材料以应对储能和环境修复的挑战变得极为迫切。

在传统的实验室环境中，新材料的发现通常需要经历复杂且重复的合成与测试流程。

然而，AI技术已经成为推动化学物质与材料创新的关键力量。

英伟达推出的ALCHEMI NIM微服务，通过优化化学模拟的AI推理，有望显著提高研究效率，促进更高效和可持续的材料开发，进而助力可再生能源的转型。

这些微服务无论在本地数据中心还是云端，都能与现有的IT基础设施无缝对接，为生物制药行业提供更高效的计算能力和推理支持，助力创新药物的开发。

ALCHEMI NIM 不仅加速了材料的发现过程，还促进了从实验室到生产线的转化。

它为材料生产和实际应用提供了前所未有的支持，例如在电池、太阳能电池板以及其他重要工业组件的生产中。

与 ALCHEMI NIM 同步推出的还有基于NVIDIA的数字孪生云平台 Earth-2 的全新NIM微服务——CorrDiff NIM、FourCastNet NIM。

CorrDiff NIM和FourCastNet NIM 分别针对高分辨率和中期粗分辨率天气预报进行了优化，显著提升了气候模型的运算速度，使气象预报的精确度和效率实现了质的飞跃。

CorrDiff NIM 微服务利用生成式AI模型实现了公里尺度的超高分辨率天气预报，极大地提高了对极端天气事件的预测能力。

这对于准确预测降雪、结冰和冰雹等事件至关重要，特别是在灾害管理和应急响应领域。

与传统的高分辨率数值天气预报系统相比，CorrDiff NIM 微服务的运算速度提高了500倍，能效提升了10000倍。

Omniverse Blueprint：构建实时数字孪生体

英伟达推出了Omniverse Blueprint，这是一项创新技术，旨在构建实时数字孪生体，其模拟速度相较于传统方法提升了1200倍，为众多行业领域带来了创新的设计理念与解决方案。

该技术基于英伟达的加速计算库、物理与AI相结合的框架以及基于物理的交互式渲染技术，显著提升了实时模拟的性能，确立了实时交互的新标准。

Omniverse Blueprint最初应用于计算流体动力学（CFD）仿真等领域，它作为连接 NVIDIA Omniverse 平台与AI技术的桥梁，为开发者提供了灵活的集成选项，既可作为独立组件，也可作为整体解决方案融入现有工具链中。

诸如西门子、Altair、Ansys 和 Cadence 等先锋企业已经开始采用这一蓝图，以优化其工作流程、减少成本并加速产品上市进程。

这不仅有助于降低客户的开发成本和能源消耗，还能加快产品上市的速度。

Nvidia Omniverse Blueprint技术通过整合Nvidia CUDA-X库以加速求解器、Nvidia Modulus物理AI框架（用于训练和部署生成流场的模型）以及Nvidia Omniverse应用程序接口（用于3D数据互操作性和实时RTX渲染可视化），实现了这些功能。

开发者可以将蓝图作为独立元素或整体集成到他们现有的工具中。

CUDA-Q平台：解决量子计算中的噪声问题

量子处理器对噪声极为敏感，即便是微小的噪声干扰也可能对量子计算的准确性造成影响，这一现象被称为[量子处理器的脆弱性]，这使得大规模商业应用的实现可能需要数十年的时间。

因此，如何有效控制噪声，提升量子计算的准确性和稳定性，成为当前量子计算领域亟需解决的核心问题。

为了解决量子计算中的噪声问题，英伟达与谷歌合作开发了一套创新的模拟系统。

借助CUDA-Q平台，谷歌能够在英伟达Eos超级计算机上利用1024块H100 Tensor核心GPU，以极低的成本执行全球最大规模、最快的量子设备动力学模拟。

这不仅能够对包含40个量子比特的设备进行全面和逼真的模拟，还能够模拟量子系统各组成部分与其环境之间的相互作用，从而深入理解量子与环境的交互作用。

谷歌正寻求量子计算领域的重大突破，以促进其在多个领域的应用与进步。

与此同时，英伟达亦认识到量子计算在AI、材料科学等领域的巨大潜力，并期望通过与谷歌的合作，加快量子计算技术的研发步伐及商业化进程。

在此次合作中，CUDA-Q平台为量子处理器提供了详尽的动态模拟支持，使得原本需要数周的运算时间大幅缩短至仅需几分钟。

谷歌量子AI正在运用量子-经典混合计算平台以及NVIDIA Eos超级计算机，模拟量子处理器的物理特性，以期突破当前量子计算硬件的局限。

驱动这些加速动态模拟的软件将公开发布于CUDA-Q平台，使得量子硬件工程师能够迅速扩展他们的系统设计。

CUDA-X库：将新兴应用与英伟达平台相连

英伟达CUDA已经成为众多计算平台中不可或缺的一员，而CUDA-X库则是其加速计算的核心。

正如OpenGL作为连接计算机图形与加速器的API一样，CUDA-X库作为特定领域的库，将新兴应用程序与英伟达加速平台紧密相连。

CUDA-X库为英伟达开拓了新的市场和行业领域，涵盖了医疗保健、电信、制造业以及交通运输等多个行业。

在芯片制造领域，KLA的计算光刻技术得到了显著加速；在电信领域，Aerial处理无线电和CUDA的应用日益广泛；

在构建AI核心方面，英伟达cuQuantum库在CUDA上执行量子电路模拟；Omniverse是一套用于实现和操作机器人、制造和物流数字孪生的库。

借助400多个CUDA-X库，英伟达加速了几乎所有科学和工业领域的重要应用，推动了GPU采用率、生态系统合作伙伴和开发人员数量的持续增长，形成了一个良性循环。

cuPyNumeric：提升科研工作数据处理速率

在科研领域，对大量数据的迅速处理极为关键。众多科学家以往仅限于在一个CPU节点上执行NumPy程序，这限制了算法的处理能力，无法应对由电子显微镜、粒子对撞机以及射电望远镜等设备所采集的庞大数据集。

近日，英伟达宣布推出一项重要的全新库：cuNumeric，它是NumPy（在数据科学、机器学习和数值计算领域广泛使用的库）的GPU加速版本。

cuPyNumeric提供了一种可扩展至数千GPU的NumPy替代方案，实现了从单一GPU到整个超级计算机的扩展，显著提升了数据处理的速率。

科研工作者仅需利用熟悉的NumPy接口编写代码，或在现有代码中应用cuPyNumeric，便能在不需掌握计算机科学专业知识的情况下，享受到高性能与可扩展性带来的便利。

SLAC国家加速器实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、澳大利亚国立大学、马萨诸塞大学波士顿分校、斯坦福大学湍流研究中心以及印度国家支付公司等机构的研究人员，均已采用cuPyNumeric，显著优化了他们的数据分析流程。

结尾：

英伟达在SC24大会上展示的技术未来将对科研、生物医药、材料科学与化学工业、制造业与设计业、信息技术与通信、金融与保险、能源等多个行业产生重大影响，包括加速科学探索、推动药物研发、促进新材料研发、优化制造设计流程、提升数据中心与通信性能、改善金融风险评估和助力能源转型等。

部分资料参考：NVIDIA英伟达：《速度的需要：NVIDIA 加速全球大多数超级计算机推动科技进步》，量子风云：《英伟达与谷歌携手：SC24上的量子计算新突破》，三次方AIRX：《英伟达发布实时数字孪生，携手3大云巨头引爆AI工业时代》，至顶头条：《直击SC24：NVIDIA发布AI突破性进展 催化多行业再度[进化]》，NVIDIA英伟达：《AI将推动科学突破，NVIDIA CEO黄仁勋在SC24发表演讲》

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