Nvidia comienza la implementación global de CUDA-Q

Nvidia detalló cómo sus chips están acelerando la innovación en la industria de la computación de alto rendimiento (HPC), especialmente para los sistemas impulsados ​​por IA que impulsarán el avance científico a través de la supercomputación.

El fabricante de chips también anunció planes para acelerar sus esfuerzos de computación cuántica en centros nacionales de computación cuántica a nivel mundial, incluida la instalación de su plataforma CUDA-Q de código abierto en sitios de todo el mundo.

La informática de alto rendimiento es el núcleo de la investigación científica avanzada y nos ayuda a desbloquear conocimientos profundos sobre el mundo a escalas masivas, en particular para los modelos atmosféricos y oceánicos que requieren simulaciones de IA. También se necesita una potencia informática extrema en campos como los materiales y las ciencias biológicas, como la biofarmacéutica y el descubrimiento de fármacos, ya que las demandas computacionales de ecuaciones y modelos complejos superan rápidamente a los sistemas tradicionales.

La plataforma CUDA-Q de Nvidia es un componente clave de sus esfuerzos de computación cuántica, integrando estrechamente unidades de procesamiento cuántico (QPU) con supercomputadoras para una computación cuántica más eficiente. Este enfoque híbrido cuántico-clásico de la supercomputación acelerada no solo aborda los problemas de ruido de los bits cuánticos, sino que también permite el desarrollo de algoritmos más eficientes, lo cual es crucial para impulsar aplicaciones prácticas de computación cuántica.

NVIDIA acelera la computación cuántica global

En la Conferencia Internacional de Supercomputación (ISC High Performance) celebrada en Hamburgo, Alemania, en 2024, Nvidia anunció que nueve nuevas supercomputadoras en todo el mundo están utilizando sus superchips Grace Hopper, proporcionando en conjunto 200 exaflops (200 quintillones de cálculos por segundo) de potencia informática. Nvidia afirma que esto es dos veces más eficiente energéticamente que los sistemas x86 más GPU.

Dion Harris, jefe de comercialización acelerada de centros de datos de Nvidia, declaró en una rueda de prensa que el superchip Grace Hopper representa el 80% de las ventas de chips Hopper. Explicó: "Lo interesante de esto es que aprovecha las características novedosas de esta arquitectura de CPU y GPU estrechamente acopladas para ofrecer un rendimiento excepcional para la informática de alto rendimiento (HPC) y la inteligencia artificial (IA)".

La primera supercomputadora europea Grace Hopper que se conecta a Internet es Alps, ubicada en el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza y construida por Hewlett Packard Enterprise (HPE). Cuenta con 10,000 superchips Grace Hopper, que proporcionan 20 exaflops de potencia informática de IA. La función del superordenador Alps es avanzar en la modelización meteorológica y climática, así como en la ciencia de los materiales.

El despliegue de estas supercomputadoras representa un avance importante en la informática de alto rendimiento y la IA, y se espera que tenga un profundo impacto en múltiples campos de la investigación científica. A través de estas plataformas informáticas avanzadas, los investigadores podrán procesar tareas computacionales complejas más rápidamente, impulsando descubrimientos científicos e innovaciones tecnológicas. Al mismo tiempo, la eficiencia energética de estas plataformas informáticas de alto rendimiento refleja los esfuerzos y logros de Nvidia en el diseño de soluciones de supercomputación energéticamente eficientes.

Los sitios de supercomputación en Alemania, Japón y Polonia utilizarán la plataforma para alimentar unidades de procesamiento cuántico (QPU) dentro de sus sistemas informáticos de alto rendimiento acelerados por Nvidia.

Las QPU son los “cerebros” de las computadoras cuánticas y realizan cálculos aprovechando el comportamiento de partículas como electrones o fotones, de una manera diferente a los procesadores tradicionales, lo que potencialmente permite que ciertos tipos de cálculos se realicen más rápidamente. A diferencia de los bits de información normales que sólo pueden ser 1 o 0, los bits cuánticos (qubits) pueden existir en un estado incierto, siendo simultáneamente 1 y 0. Como resultado, los procesadores cuánticos pueden realizar cálculos más rápido que los procesadores tradicionales. Sin embargo, esto también significa que los algoritmos diseñados para procesadores cuánticos deben poder manejar estos estados "potenciales" inciertos, al mismo tiempo que enfrentan el ruido y los errores potenciales.

El Centro de Supercomputación Jülich (JSC) en Forschungszentrum Jülich (FZJ) en Alemania está instalando QPU fabricadas por IQM Quantum Computers como complemento a su supercomputadora Júpiter, impulsada por superchips Nvidia GH200 Grace Hopper. Júpiter es el primer superordenador a exaescala de Europa y estará equipado con 24,000 superchips Nvidia GH200.

El Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) de Japón está agregando QPU de QuEra a su supercomputadora ABCI-Q, que se espera que se implemente a principios del próximo año y que también cuenta con 2,000 GPU Nvidia H100 diseñadas para una futura integración con hardware cuántico.

El Centro de Supercomputación y Redes de Poznan (PSNC) en Polonia también ha instalado dos QPU fotónicas fabricadas por PsiQuantumComputing, con sede en el Reino Unido, que están conectadas a una nueva partición de supercomputadora impulsada por Nvidia H100.

Tim Costa, jefe de la división de Computación Cuántica y de Alto Rendimiento (HPC) de Nvidia, afirmó que la computación cuántica práctica se logrará mediante la estrecha integración de la computación cuántica con la supercomputación GPU. La plataforma de computación cuántica de Nvidia proporciona a pioneros como AIST de Japón, JSC de Alemania y PSNC de Polonia las herramientas para ampliar los límites del descubrimiento científico y avanzar en las fronteras de la supercomputación cuántica integrada.

Aplicaciones de computación cuántica

Los investigadores de AIST utilizarán las QPU integradas con ABCI-Q para estudiar aplicaciones cuánticas en inteligencia artificial, energía y biología, utilizando átomos de rubidio controlados por láser como qubits para la computación. Estos átomos son los mismos que se utilizan en los relojes atómicos de precisión, siendo cada átomo idéntico, lo que proporciona un enfoque prometedor para lograr procesadores cuánticos de alta fidelidad y gran escala.

Masahiro Horibe, director adjunto de G-QuAT/AIST en Japón, afirmó que los investigadores japoneses utilizarán la supercomputadora acelerada cuántica clásica ABCI-Q para avanzar en aplicaciones prácticas de computación cuántica, y Nvidia ayudará a estos pioneros a ampliar los límites de la investigación en computación cuántica. .

Las QPU de PSNC permitirán a los investigadores explorar la biología, la química y el aprendizaje automático utilizando dos sistemas fotónicos cuánticos PT-1. Estos sistemas utilizan fotones individuales o pulsos de luz en frecuencias de telecomunicaciones como qubits, lo que permite arquitecturas cuánticas distribuidas, escalables y modulares utilizando componentes de telecomunicaciones estándar disponibles comercialmente.

Krzysztof Kurowski, CTO y subdirector de PSNC, dijo: “La colaboración con ORCA y Nvidia nos permite crear un entorno único y construir un nuevo sistema híbrido cuántico clásico en PSNC. Las múltiples QPU y GPU abiertas, fáciles de integrar y programar, y la gestión eficaz de los servicios centrados en el usuario, son cruciales para los desarrolladores y usuarios. Esta estrecha colaboración allana el camino para la próxima generación de supercomputadoras con aceleración cuántica para muchos dominios de aplicaciones innovadores, no mañana sino hoy”.

Las QPU integradas con la supercomputadora Júpiter permitirán a los investigadores de JSC desarrollar aplicaciones cuánticas para simulaciones químicas y problemas de optimización, además de demostrar cómo las computadoras cuánticas pueden acelerar las supercomputadoras clásicas. Están construidos a partir de qubits superconductores o circuitos de resonancia de espín electrónico que pueden diseñarse para comportarse como átomos artificiales a bajas temperaturas.

Kristel Michielsen, directora del grupo de procesamiento de información cuántica de JSC, afirmó: “La supercomputación acelerada clásica cuántica híbrida está acercando la computación cuántica. A través de la colaboración continua con Nvidia, los investigadores de JSC avanzarán en la computación cuántica, así como en la química y la ciencia de los materiales”.

CUDA-Q es una plataforma de supercomputación acelerada cuántica clásica, independiente de QPU, de código abierto utilizada por la mayoría de las empresas que implementan QPU y brindan un rendimiento de primer nivel.

El superchip de NVIDIA aborda el cambio climático

Nvidia ha declarado que los sistemas basados ​​en sus superchips Grace Hopper, que se están implementando en nueve centros de supercomputación, acelerarán el ritmo de la investigación y los descubrimientos científicos. Estas nuevas supercomputadoras basadas en Grace Hopper incluyen:

• EXA1-HE: Ubicado en Francia, proporcionado por la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA) y Eviden (una filial del Grupo Atos). La supercomputadora EXA1-HE se basa en la tecnología BullSequana XH3000 de Eviden, presenta un nuevo sistema de enfriamiento de agua caliente patentado y está equipada con 477 nodos de cómputo impulsados ​​por Grace Hopper.
• Helios: Situado en el Centro Académico de Computación Cyfronet en Polonia.
• Alpes: En el Centro Nacional Suizo de Supercomputación, proporcionado por Hewlett Packard Enterprise (HPE).
• Júpiter: Ubicado en el Centro de Supercomputación Jülich en Alemania.
• DeltaAI: en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.
• Miyabi: En el Centro Conjunto de Computación Avanzada de Alto Rendimiento en Japón, establecido conjuntamente por el Centro de Ciencias Computacionales de la Universidad de Tsukuba y el Centro de Tecnología de la Información de la Universidad de Tokio.

Además, Nvidia anunció que Isambard-AI e Isambard 3 de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, así como los sistemas del Laboratorio Nacional de Los Alamos y el Centro de Computación Avanzada de Texas en los EE. UU., se han convertido en los últimos en adoptar la CPU Grace basada en Arm de Nvidia. superchips y plataforma Grace Hopper.

“La IA está acelerando la investigación sobre el cambio climático, acelerando el descubrimiento de fármacos e impulsando avances en muchos otros ámbitos. Los sistemas impulsados ​​por Nvidia Grace Hopper se están convirtiendo en una parte importante de la informática de alto rendimiento a medida que transforman las industrias y al mismo tiempo aumentan la eficiencia”, afirmó Ian Buck, vicepresidente de Computación de Hiperescala y Alto Rendimiento de Nvidia, en un comunicado.

El despliegue de estas supercomputadoras marca un avance significativo en la computación de alto rendimiento y la inteligencia artificial, que se espera que tenga profundos impactos en múltiples áreas de la investigación científica, incluido el cambio climático, el descubrimiento de fármacos, el análisis de datos y la ciencia de materiales. Con estas plataformas informáticas avanzadas, los investigadores podrán procesar tareas computacionales complejas más rápidamente, lo que significa una mejora sustancial en nuestra capacidad para abordar algunos de los problemas más complejos del mundo, impulsando descubrimientos científicos e innovaciones tecnológicas.

Inteligencia artificial soberana

El concepto de IA soberana subraya la importancia de la propiedad y el control de una nación sobre los datos, la infraestructura y la fuerza laboral para fomentar la innovación y al mismo tiempo salvaguardar los intereses estratégicos y culturales. A medida que se profundiza el reconocimiento global de la importancia de la IA soberana, los países están acelerando el desarrollo de supercomputadoras más eficientes impulsadas por IA.

Nvidia ha presentado el superchip GH200, que combina su CPU Grace basada en Arm y las arquitecturas de GPU Hopper utilizando la tecnología de interconexión NVLink-C2C de Nvidia, convirtiéndose en el potente motor detrás de los centros de supercomputación científica globales. Muchos centros pretenden realizar la transición de la instalación del sistema a la investigación científica real en meses en lugar de años.

La primera fase de Isambard-AI incluye una supercomputadora HPE Cray EX2500 equipada con 168 superchips Nvidia GH200, lo que la convierte en una de las supercomputadoras más eficientes de la historia. Cuando los 5,280 superchips Nvidia Grace Hopper restantes lleguen al Centro Nacional de Compuestos de la Universidad de Bristol este verano, se espera que su rendimiento aumente aproximadamente 32 veces.

“Isambard-AI posicionará al Reino Unido como líder mundial en IA y ayudará a impulsar la innovación científica abierta en el país y en el extranjero. Trabajando con Nvidia, completamos la primera fase del proyecto en un tiempo récord y, cuando finalice este verano, veremos un enorme salto de rendimiento para avanzar en áreas como el análisis de datos, el descubrimiento de fármacos y la investigación climática”, afirmó el profesor Simon McIntosh-Smith de la Universidad de Bristol.

Estos avances fortalecen el liderazgo del Reino Unido en supercomputación e inteligencia artificial y resaltan la importancia de la IA soberana para impulsar descubrimientos científicos e innovaciones tecnológicas. Con una infraestructura de alto rendimiento de este tipo, los investigadores podrán resolver problemas científicos complejos más rápidamente e impulsar investigaciones innovadoras a escala global.