核聚变是人类梦寐以求的能源技术，它可以利用氢原子的核反应释放出巨大的能量，而且没有核废料和温室气体排放。但是，要实现核聚变的可控条件，需要达到比太阳还高的温度和压力，这对于人类的科技水平来说是一个巨大的挑战。
英国原子能局（UKAEA）是全球核聚变研究的先行者之一，它正在开发一种新型的核聚变反应堆——球形托卡马克能源生产装置（STEP），旨在证明核聚变能源可以在经济上可行，并计划在2040年代初实现核聚变发电并入国家电网。
英国球形托卡马克核聚变反应堆
然而，要实现这一雄心勃勃的目标，仅靠传统的设计和测试过程是不够的。
因此，UKAEA决定与英特尔和剑桥大学合作，利用超级计算机和人工智能技术来加速反应堆的开发。具体来说，他们打算建立一个反应堆的“数字孪生”，也就是一个虚拟模型，来模拟和优化各种子系统的性能。
UKAEA计算项目主任罗伯·阿克斯博士在本周三的新闻发布会上解释说：“就像航空航天领域已经把风洞转移到计算流体力学的世界，或者汽车领域已经把碰撞测试转移到有限元分析的虚拟世界一样，我们也需要为设计核聚变电厂做同样的事情。”
他指出，核聚变反应堆是一个非常复杂、强耦合的系统，而且目前对于核聚变电厂运行方式的模型还不够精确。
“这里涉及到很多物理学，从结构力到热负荷，再到电磁学和辐射。这真是一个伟大的挑战性模拟问题，这就是超级计算机和人工智能发挥作用的地方。”他说。
为了解决这个问题，UKAEA正在与英特尔和剑桥大学合作，不仅要使用所需的艾克斯级（exascale，百亿亿次级，每秒10^18次浮点运算）技术，还要考虑如何处理和分析项目所依赖的海量数据。而这就意味着要用上GPU。
剑桥大学开放艾克斯级实验室目前使用的超级计算机，是基于英特尔*四代第**至强可扩展处理器（代号Sapphire Rapids）构建的戴尔PowerEdge服务器——但该项目正在考虑用英特尔Ponte Vecchio数据中心GPU Max加速器来扩展这个系统。
剑桥大学研究计算服务主任保罗·卡莱加博士说：“传统的x86系统无法满足我们的需求——我们需要使用GPU技术。”
Ponte Vecchio系统在每瓦性能方面提供了一个数量级以上的提升。但他也指出，一旦开始部署GPU，就会遇到编程环境的问题。
他说：“你如何为一个GPU世界编程，而不被锁定在单一的供应商解决方案中？因为我们今天可能和英特尔合作，但谁知道未来会发生什么。我们不希望我们的代码被锁定在特定的供应商中。”
出于这个原因，该项目还在研究英特尔的oneAPI编程模型，它支持所谓的异构计算。
这将为应用程序提供一种在英特尔GPU、英伟达GPU或甚至AMD GPU上运行的方式，而只需要最少的重编码，卡莱加博士声称。
英特尔也很幸运，开放艾克斯级实验室选择了芯片商的DAOS（分布式应用对象存储）平台来处理项目的存储。卡莱加博士奇怪地将DAOS描述为一个新的文件系统，尽管它实际上已经存在了几年。
他说：“当你试图给数万个GPU提供数据时，数据瓶颈是一个真正的问题，而这里我们正在使用固态存储、NVMe存储，而传统的并行文件系统并不擅长利用NVMe技术。”
他说，DAOS将有助于“释放NVMe设备中隐藏的性能”。
英国原子能局的核聚变计划是一个前沿的科技项目，它将对人类未来的能源安全和环境保护产生重大影响。而英特尔和剑桥大学则为这个项目提供了强大的计算和数据支持，展示了他们在超级计算机和人工智能领域的领先地位。
我们期待着看到他们如何利用Ponte Vecchio这个超级GPU来实现核聚变电厂的数字孪生，并推动人类在2040年代实现核聚变发电的目标。