英國核聚變超級計算機Sunrise：AI助力核聚變研究突破

英國政府近期公布了《2026年核聚變戰略》，其中包括投資1.25億英鎊在牛津郡卡勒姆開發人工智能增長區，并為全新的核聚變專用超級計算機"Sunrise"投入4500萬英鎊。

加速仿真和系統設計

Sunrise將主要用于加速仿真、替代模型開發和設計優化。人工智能能夠簡化復雜仿真或學習等離子體等復雜系統的行為模式，將原本需要數周或數月完成的仿真計算時間大幅縮短。

該超級計算機還將用于數據管理，使英國原子能管理局的核聚變研究和實驗數據保持一致性、可訪問性和電子可讀性。此外，Sunrise可增強實驗操作和實時診斷控制能力，人工智能可接受訓練以識別異常并標記問題。

強大的計算性能架構

這臺算力達6.76百萬億次浮點運算的Sunrise AI超級計算機由AMD、能源安全和零排放部、科學創新與技術部、戴爾科技、英特爾、英國原子能管理局、劍橋大學和數據平臺提供商Weka共同合作開發。

英國原子能管理局計算項目主管羅布·阿克斯表示："定義Sunrise這樣的硬件設備有多強大是一個很大的挑戰，因為這取決于你衡量成功的標準。"

Sunrise支持從8位到64位的全精度浮點運算，每種精度都針對問題的不同部分。阿克斯指出："對我們來說重要的是，我們不能放棄64位精度，因為這將為我們使用Sunrise作為工程工具時應用的人工智能算法提供數據支持。"

人工智能使得將需要極高位精度的高保真模型壓縮成"替代"模型成為可能。這些替代模型可以在工作站或筆記本電腦上運行，僅用大型超級計算機運行大型求解器所需時間的一小部分。

大語言模型在核聚變研究中的應用

8位精度計算因大語言模型的興起而變得極其重要。英國原子能管理局計劃在該領域開展工作，構建定制化大語言模型，處理幾十年來收集的文本文檔檔案，將其轉化為有用的信息和知識。

這些信息將與卡勒姆運行的大型球形托卡馬克裝置實驗數據相結合。阿克斯表示，實現這一目標需要全精度范圍的支持。

雖然8位精度是大語言模型的領域，需要盡可能快地處理Token以理解大量文本信息，但64位精度是高保真仿真的領域，需要實現高度準確性。由于模型按時間向前運行的方式，不能讓它們出現偏差，必須保持某些物理量以確保仿真的意義。

數字孿生技術解決復雜耦合問題

阿克斯認為，浮點精度雖然被視為與其他AI機器比較的指標，但不一定是測量AI科學機器整體性能的最佳指標。真正需要的是"仿真高保真、強耦合模型的能力"。

這是由于模擬太陽發電方式的機器極其復雜。在核聚變發電廠中，有許多不同的物理機制將設備耦合在一起，從重力引起的結構力到電磁力，再到整個系統的熱流和輻射流，一切都耦合在一起。

歷史上，英國原子能管理局無法大規模仿真這種環境。阿克斯擔心的是由于這種耦合而產生的黑天鵝事件或涌現行為。

運行在Sunrise上的數字孿生技術將能夠建模這些極其復雜的系統，然后與實驗結果進行比較。這使研究人員能夠調整向前推進時間或超越以往經驗的能力，甚至創造從未見過的新機械裝置，在將已知未知數納入仿真的情況下充滿信心地實現巨大飛躍。

基于測試的設計既昂貴又緩慢。目標是使用Sunrise減少英國原子能管理局必須進行的基于測試的設計工作量。這將使他們能夠更經濟高效地承擔登月級別的問題，降低風險并加速實現商業化核聚變的時間。

Q&A

Q1：Sunrise超級計算機的主要功能是什么？

A：Sunrise是英國投資4500萬英鎊建設的核聚變專用超級計算機，主要用于加速核聚變仿真計算、數據管理和實時診斷控制。它能將原本需要數周或數月的仿真時間大幅縮短，并通過AI技術識別實驗中的異常情況。

Q2：為什么Sunrise需要支持從8位到64位的全精度計算？

A：不同精度針對不同問題。8位精度主要用于大語言模型處理文本檔案，而64位精度用于高保真仿真以確保準確性。由于核聚變模型需要保持物理量不偏差，64位精度對AI算法的工程應用至關重要。

Q3：數字孿生技術如何幫助核聚變研究？

A：數字孿生技術能夠建模核聚變發電廠中重力、電磁、熱流等復雜耦合系統，與實驗結果對比分析。這可以減少昂貴緩慢的實體測試，讓研究人員更經濟高效地解決技術難題，加速商業化核聚變的實現。