英国核聚变超级计算机Sunrise：AI助力核聚变研究突破

英国政府近期公布了《2026年核聚变战略》，其中包括投资1.25亿英镑在牛津郡卡勒姆开发人工智能增长区，并为全新的核聚变专用超级计算机"Sunrise"投入4500万英镑。

加速仿真和系统设计

Sunrise将主要用于加速仿真、替代模型开发和设计优化。人工智能能够简化复杂仿真或学习等离子体等复杂系统的行为模式，将原本需要数周或数月完成的仿真计算时间大幅缩短。

该超级计算机还将用于数据管理，使英国原子能管理局的核聚变研究和实验数据保持一致性、可访问性和电子可读性。此外，Sunrise可增强实验操作和实时诊断控制能力，人工智能可接受训练以识别异常并标记问题。

强大的计算性能架构

这台算力达6.76百万亿次浮点运算的Sunrise AI超级计算机由AMD、能源安全和零排放部、科学创新与技术部、戴尔科技、英特尔、英国原子能管理局、剑桥大学和数据平台提供商Weka共同合作开发。

英国原子能管理局计算项目主管罗布·阿克斯表示："定义Sunrise这样的硬件设备有多强大是一个很大的挑战，因为这取决于你衡量成功的标准。"

Sunrise支持从8位到64位的全精度浮点运算，每种精度都针对问题的不同部分。阿克斯指出："对我们来说重要的是，我们不能放弃64位精度，因为这将为我们使用Sunrise作为工程工具时应用的人工智能算法提供数据支持。"

人工智能使得将需要极高位精度的高保真模型压缩成"替代"模型成为可能。这些替代模型可以在工作站或笔记本电脑上运行，仅用大型超级计算机运行大型求解器所需时间的一小部分。

大语言模型在核聚变研究中的应用

8位精度计算因大语言模型的兴起而变得极其重要。英国原子能管理局计划在该领域开展工作，构建定制化大语言模型，处理几十年来收集的文本文档档案，将其转化为有用的信息和知识。

这些信息将与卡勒姆运行的大型球形托卡马克装置实验数据相结合。阿克斯表示，实现这一目标需要全精度范围的支持。

虽然8位精度是大语言模型的领域，需要尽可能快地处理Token以理解大量文本信息，但64位精度是高保真仿真的领域，需要实现高度准确性。由于模型按时间向前运行的方式，不能让它们出现偏差，必须保持某些物理量以确保仿真的意义。

数字孪生技术解决复杂耦合问题

阿克斯认为，浮点精度虽然被视为与其他AI机器比较的指标，但不一定是测量AI科学机器整体性能的最佳指标。真正需要的是"仿真高保真、强耦合模型的能力"。

这是由于模拟太阳发电方式的机器极其复杂。在核聚变发电厂中，有许多不同的物理机制将设备耦合在一起，从重力引起的结构力到电磁力，再到整个系统的热流和辐射流，一切都耦合在一起。

历史上，英国原子能管理局无法大规模仿真这种环境。阿克斯担心的是由于这种耦合而产生的黑天鹅事件或涌现行为。

运行在Sunrise上的数字孪生技术将能够建模这些极其复杂的系统，然后与实验结果进行比较。这使研究人员能够调整向前推进时间或超越以往经验的能力，甚至创造从未见过的新机械装置，在将已知未知数纳入仿真的情况下充满信心地实现巨大飞跃。

基于测试的设计既昂贵又缓慢。目标是使用Sunrise减少英国原子能管理局必须进行的基于测试的设计工作量。这将使他们能够更经济高效地承担登月级别的问题，降低风险并加速实现商业化核聚变的时间。

Q&A

Q1：Sunrise超级计算机的主要功能是什么？

A：Sunrise是英国投资4500万英镑建设的核聚变专用超级计算机，主要用于加速核聚变仿真计算、数据管理和实时诊断控制。它能将原本需要数周或数月的仿真时间大幅缩短，并通过AI技术识别实验中的异常情况。

Q2：为什么Sunrise需要支持从8位到64位的全精度计算？

A：不同精度针对不同问题。8位精度主要用于大语言模型处理文本档案，而64位精度用于高保真仿真以确保准确性。由于核聚变模型需要保持物理量不偏差，64位精度对AI算法的工程应用至关重要。

Q3：数字孪生技术如何帮助核聚变研究？

A：数字孪生技术能够建模核聚变发电厂中重力、电磁、热流等复杂耦合系统，与实验结果对比分析。这可以减少昂贵缓慢的实体测试，让研究人员更经济高效地解决技术难题，加速商业化核聚变的实现。