一个隐秘的真相正在高性能计算（HPC）领域悄然浮现，它颠覆了我们对科技进步的传统认知。曾经，HPC是科学研究的专属领地，依赖于不断提升的硬件性能。但现在，人工智能（AI）的崛起正在将HPC推向一个前所未有的变革前沿。这场变革不仅仅是技术的更迭，更是一场关于效率、可持续性和人类智慧边界的深刻探索。
AI正以前所未有的速度重塑HPC的面貌。它不再仅仅是HPC的“消费者”，更成为了HPC的“赋能者”，催生了AI增强HPC（AI-augmented HPC）这一新的范式。这场转变体现在多个方面，并且正在以令人惊叹的速度影响着整个行业。
首先，AI模型正在以前所未有的方式加速科学发现。大型语言模型（LLM）等AI模型，可以通过对现有模拟数据进行训练，生成“数据模型”，从而以远低于传统数学模型求解所需的时间，准确地解决复杂问题。试想一下，原本需要数周甚至数月才能完成的数据处理和分析，现在可以在短时间内完成。这种效率的提升不仅仅是时间的节省，更是科学探索的加速。例如，在天气模拟中，AI可以利用过去几年的数据，快速预测未来天气状况，而无需等待传统的计算模型完成复杂的运算。这些“合成”HPC训练数据往往已经存在，降低了数据收集的成本和时间，使得科研人员能够将更多精力放在解决问题本身。这意味着科学家能够更快地验证假设、探索新的研究方向，从而推动科学领域的快速发展。
其次，AI正在革新HPC软件的开发模式。HPC软件作为高度专业化的科学领域，开发复杂、周期长、且对专业知识要求极高。而AI，特别是LLM，正在革新软件开发的各个方面，为HPC软件的开发注入了新的活力。通过利用AI技术，可以自动化代码生成、优化性能，并检测潜在的错误。这不仅可以提高开发效率，减少错误，还可以降低开发成本，使得更多科研人员能够参与到HPC软件的开发中。例如，AI可以根据用户的需求自动生成代码，或者根据代码的性能提出优化建议。这种技术不仅能够提高开发效率，还能确保HPC软件的质量，从而进一步提升科学研究的效率。
再次，新的超级计算机正在应运而生，以满足AI时代的需求。在LUMI系统之后，将紧随其后的是一个专注于AI的超级计算机LUMI-AI，其采购过程已经启动。LUMI-AI将利用下一代GPU构建一个大型加速分区，以满足AI工作负载的需求。这意味着，未来的超级计算机将不再仅仅是追求原始计算能力，而是更加注重AI加速能力和整体性能的平衡。这种转变预示着HPC领域的新趋势：将AI融入硬件设计，从而实现更高效、更节能的计算。AMD的CTO Mark Papermaster和橡树岭国家计算科学中心的技术主管Scott Atchley在ISC2025大会上强调了HPC-AI技术对科学进步的巨大推动作用，同时也提醒人们关注支持这些技术所需的能源消耗问题。
然而，尽管AI-augmented HPC带来了巨大的机遇，但也伴随着挑战。AI的指数级增长对能源需求提出了更高的要求，对能源系统产生了潜在的影响。与此同时，AI在HPC中的应用也需要考虑可持续性、可扩展性和精度等问题。传统的经典模拟对精度要求较高，而AI模型则可能对精度要求相对较低，这需要在实际应用中进行权衡。此外，如何确保AI驱动的HPC软件的可靠性和可信度，也是一个重要的研究课题。这些挑战需要科研人员和行业共同努力，寻找解决方案。
幸运的是，市场正在积极回应这一变化。Hyperion Research的报告显示，HPC/AI市场在2024年增长了36.7%，这充分证明了AI对HPC领域的影响力。生成式AI（GenAI）的出现更是为创新提供了新的动力，其在国家安全和更广泛的AI领域都具有重要意义。IBM Cloud® HPC也正在利用混合云的优势，为组织提供所需的计算能力，以应对GenAI带来的挑战。NTT Research正在推进量子增强的计算内存（CIMs）的研究，旨在提高AI模型的效率和性能。同时，研究人员也在探索如何利用AI来构建自主HPC系统和代理AI，从而实现HPC资源的自动化管理和优化。这种“闭环”模式——HPC为AI服务，AI反过来又为HPC赋能——预示着HPC领域将迎来一个效率、可扩展性和可持续性显著提升的新时代。
总而言之，AI与HPC的融合正在重塑科学计算的未来。AI增强HPC不仅能够加速科学发现，提高计算效率，还能够推动HPC软件的创新和发展。虽然面临着能源消耗、可持续性和可靠性等挑战，但随着技术的不断进步和研究的深入，AI与HPC的协同效应将得到进一步释放，为人类社会带来更大的价值。这种转变不仅仅是技术层面的，更是一种思维方式的转变，从传统的“AI versus HPC”的竞争关系，转变为“AI as a new technique for HPC”的合作共赢关系。这是一场激动人心的变革，它预示着科学研究的新纪元，人类探索未知世界的脚步将因此更加坚定、更加高效。
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