專為加速諾貝爾獎等級科學研究設計的超級電腦

專為加速諾貝爾獎等級科學研究設計的超級電腦。NVIDIA

準備好在第一線親自感受下一場科學革命了嗎？這正是在美國加州柏克萊勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）發表的突破性超級電腦「Doudna」背後的理念。

該系統象徵著美國在高效能運算（HPC）領導地位的重大國家級投資，可確保美國研究人員能掌握頂尖工具，以應對全球關鍵挑戰。

美國能源部長Chris Wright表示：「Doudna將推動從化學、物理學到生物學的科學發現，而這一切的背後動力，正是人工智慧（AI）所釋放的能量。」

Doudna亦稱為NERSC-10，是以諾貝爾獎得主與CRISPR基因編輯技術先驅Jennifer Doudna命名。此次發表的新世代系統，不僅是為追求運算速度而設計，更著眼於其影響力。

Doudna採用戴爾科技集團的基礎設施，並搭載NVIDIA的Vera Rubin架構，預計於2026年啟用，專為美國能源部最迫切的科學任務即時探索需求量身打造。這台新世代系統將使美國研究人員走在關鍵科學突破的尖端，促進創新並鞏固美國在關鍵技術領域的競爭優勢。

NVIDIA創辦人暨執行長黃仁勳表示：「我對於美國持續投資這一領域感到無比自豪。這是美國科學發現的基礎，也是我們保持經濟和科技領先地位的基石。」

Jennifer Doudna指出：「能夠來到這裡，我感到無比榮幸。我認為我們正處於生物學領域一個非常有趣的時刻，擁有不同技能的人們齊聚一堂，共同應對全球性的問題。」Doudna也補充表示，一台超級電腦將以她的名字命名，這讓她感到「既驚喜又欣喜」。

為加速突破而生的設計

有別於與各自為政的傳統系統，Doudna將模擬運算、資料處理與AI技術無縫整合為單一協作平台。

美國國家能源研究科學運算中心（NERSC）總監Sudip Dosanjh表示：「Doudna超級電腦是為加速一系列科學工作流程而打造。Doudna將透過能源科學網路（ESnet）連接至美國能源部的實驗與觀測設施，使科學家能夠將來自全國各地的數據無縫傳輸到該系統中，並進行近乎即時的分析。」

Doudna能為逾11,000名研究人員提供近乎即時的回應能力與整合的工作流程，幫助科學家探索更宏大的問題，並比以往更快的速度找到解答。

美國國家能源研究科學運算中心（NERSC）先進技術部門負責人暨Doudna首席架構師Nick Wright表示：「我們不只是正在打造一台更快的電腦，而是建立一個系統，幫助研究人員更廣泛地思考，並更快地發現問題。」

Wright預期Doudna將在以下領域推動進展：核融合：在模擬技術方面取得突破，實現潔淨的核融合能；材料科學：設計新型超導材料的AI模型；加速藥物探索：極高速工作流程可協助生物學家快速折疊蛋白質，在疫情發生前超前部署；天文學：即時處理來自美國基特峰國家天文台（Kitt Peak National Observatory）暗能量光譜儀的資料，協助科學家以前所未有的速度繪製宇宙地圖。

Doudna創造的科學成果預計將比前代系統Perlmutter高出10倍以上，而使用的能量僅為Perlmutter的2至3倍。這代表每瓦的效能提升達3至5倍。這樣的成果來自晶片設計、動態負載平衡與系統級效率的創新。

AI驅動的大規模發現

Doudna將推動全美具備重大影響力的科學領域實現 AI 驅動的突破。重點應用包含：AI用於蛋白質設計2024年諾貝爾獎得主David Baker利用美國國家能源研究科學運算中心系統來支援其使用AI技術預測新型蛋白質結構的工作，解決跨科學領域的難題。

AI用於基礎物理學：Benjamin Nachman等研究人員正在運用AI技術「展開」粒子物理資料中探測器失真的情況，並且分析電子質子對撞機實驗所得的質子資料。

AI用於材料科學：包括勞倫斯伯克利國家實驗室與Meta在內的合作夥伴開發了「Open Molecules 2025」，一個運用AI精準模擬複雜分子化學反應的大型資料集。相關研究人員的AI模型同樣仰賴美國國家能源研究科學運算中心。

即時科學  實質影響

Doudna不光是一個獨立系統，更是科學工作流程不可或缺的組成。美國能源部的ESnet將透過低延遲、高處理量的NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand網路，將來自望遠鏡、探測器與基因定序儀的資料即時傳輸至Doudna。

這些關鍵資料流由智慧型服務品質機制優先處理，以確保資料從輸入到深入分析的過程快速且不中斷。這將使得系統反應速度變得極快。以美國DIII-D國家核融合點火實驗設施為例，控制室的即時事件資料將直接傳輸到Doudna，用於離子建模的快速回應，讓科學家得以即時做出調整。

Wright表示：「我們曾經把超級電腦視為角落裡被動的參與者。現在，它已成為整個工作流程的一部分，與實驗、望遠鏡和探測器相連。」

下一代平台：開啟量子與高效能運算工作流程

Doudna支援傳統高效能運算（HPC）、尖端AI、即時串流以及量子運算等工作流程。這包括支援可擴展的量子演算法開發，以及透過NVIDIA CUDA-Q等平台共同設計未來整合式量子與高效能運算系統。

所有這些流程都將在下一代NVIDIA Vera Rubin平台上運行，該平台結合高效能CPU與具備記憶體一致性的GPU，讓所有處理器能直接存取及共享資料，以支援要求最嚴苛的科學工作負載。

為了進一步擴展，該系統預計使用NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand，將網路運算效能提高9倍，讓最具挑戰性的工作負載得以存取更多的運算與記憶體，突破NVLink網域的限制。

研究人員已經使用PyTorch、NVIDIA Holoscan軟體開發套件、TensorFlow、NVIDIA cuDNN以及NVIDIA CUDA-Q等框架來移植完整的管道，這些框架皆針對Rubin GPU與NVIDIA NVLink架構進行最佳化。

目前已有超過20個研究團隊透過美國國家能源研究科學運算中心的科學加速計畫，將完整工作流程移植到Doudna，處理涵蓋氣候模型到粒子物理的各項問題。這不僅關乎原始運算，更與從構想到洞察的整合發現相關。

為迫切性而生

AI輔助科學研究成果2024年榮獲兩項諾貝爾獎。從氣候變遷到因應疫情發展，未來的重大突破無法等待基礎設施的更新。

Doudna預計於2026年正式投入使用，將引領加速科學進展的全新時代。全美各地的能源部轄下設施，從費米實驗室（Fermilab）到聯合基因組研究所（Joint Genome Institute），都將依賴Doudna的能力，將當前的科學問題轉化為未來的突破。

Wright表示：「這並非只是用於某一個領域的系統。它是為發現而生，跨越化學、物理，甚至那些我們還沒想像到的領域。」

正如黃仁勳所形容，Doudna是「科學領域的時光機」，將多年來的研究發現壓縮至數日內完成，並為解決全球最艱難的難題注入期待已久的力量。