在数字化与智能化浪潮的驱动下，AI正成为推动科研进步与产业升级的核心引擎。无论是气象模拟、海洋研究，还是医药研发、工业设计，算力已逐渐演变为关键资源，而智算中心则成为这一进程的重要承载平台。本文将深入剖析北京正阳恒卓科技有限公司（以下简称"正阳恒卓"）依托NVIDIA全栈式解决方案，成功交付1000PFlops@FP16规模算力集群的实践案例，探讨超大型智算中心的建设挑战与创新解决方案。
超大型智算中心的建设背景
随着人工智能技术的飞速发展，算力需求呈现指数级增长。在这一背景下，正阳恒卓依托NVIDIA全栈式解决方案，为某超大型智算中心规划并交付了1000PFlops@FP16规模的算力集群。该项目以NVIDIA H800 Tensor Core GPU作为核心算力引擎，结合NVIDIA Quantum InfiniBand高速网络与NVIDIA UFM®统一架构管理平台，构建起覆盖硬件基础设施、软件系统与运维服务的全生命周期方案。
该超大型智算中心实现了计算、存储与网络资源的高效协同，在跨机房部署等复杂场景下依然能够保障系统的稳定性与可扩展性，最终将算力密度提升至行业领先水平。这一项目的成功实施，不仅为科研机构提供了强大的算力支持，也为智算中心的建设积累了宝贵经验。
超大规模智算集群建设挑战
该超大型智算中心项目在规划与实施阶段面临三重核心挑战，这些挑战不仅考验技术实力，更考验项目团队的应变能力与执行力。
网络架构的极致性能需求
由于该超算中心面向气候模拟、药物研发等需要大规模并行计算与海量数据交互的前沿任务，网络架构必须满足极致的性能需求。具体而言，计算网络需实现400Gbps节点间通信，存储网络需达到200Gbps带宽，同时整体延迟需控制在亚微秒级别。这对网络拓扑设计与硬件选型提出了严苛要求，任何设计上的瑕疵都可能导致整个系统的性能瓶颈。
大规模部署的物理限制
与以往同等规模项目通常需要6-12个月的建设周期相比，该项目必须在3个月内完成跨A、B两个机房的硬件集成，其中计算服务器位于A机房，存储与安全设备部署于B机房。更为关键的是，存储网络的跨机房布线需克服200G AOC线缆100米的传输距离限制，这无疑增加了项目实施的难度和风险。
现场施工的适应性调整
原设计采用上走线方案，但实际机房为下走线布局，导致线槽操作空间狭窄、焊接式设计穿线困难，工人需在无法站立行走的环境中作业，直接影响施工进度与质量。这一现实情况要求项目团队必须快速调整施工方案，在有限的空间内完成高密度布线任务，对团队的应变能力和执行力提出了极高要求。
系统性构建高效可靠的AI算力集群
面对上述挑战，正阳恒卓基于其在智算中心建设领域的丰富经验，提出了一系列创新性解决方案，从网络架构、部署优化到运维管理，全方位保障了项目的顺利实施。
高速互连：构建高效、低延迟的网络架构
NVIDIA Quantum InfiniBand是构建高效算力集群的关键技术。作为全球唯一完全硬件卸载的网络计算平台，它具备卓越的数据吞吐量和端口密度，并支持网络自愈、增强服务质量(QoS)、拥塞控制和动态路由等特性，使数据中心能够以更低的成本和复杂性实现出色性能和更高的总体应用程序吞吐量。
在网络架构设计上，正阳恒卓采用了NVIDIA Quantum QM9790 NDR 400G InfiniBand交换机作为核心交换设备，构建了无阻塞胖树组网架构（包含8台Spine交换机和16台Leaf交换机）。这种架构保证了任意节点间的数据传输路径始终等价，避免了网络拥塞和带宽瓶颈，从而实现超低延迟和超高吞吐量，支撑现代工作负载在性能加速、可扩展性和功能丰富性方面的需求。
同时，项目部署了1000多条400G MPO线缆确保高速连接，总长度达20公里，通过精细化的机柜空间规划和布线路径设计，实现了高密度互连与稳定的高速传输，有效保障了大规模集群的高效运行。
在存储网络方面，项目采用NVIDIA Quantum QM8790 HDR 200G InfiniBand交换机作为核心设备，构建了Spine-Leaf架构（10台Spine和11台Leaf），使用400多条200G AOC线缆进行连接。这一架构不仅保证了存储节点之间的多路径并行访问能力，显著提升了I/O并发处理效率，还能在大规模并发读写时保持稳定的低延迟表现。
此外，NVIDIA InfiniBand的SHARP™技术可卸载聚合通信运算、减少数据传输量并缩短消息传递时间；网络自愈功能能快速应对链路故障，实现远超软件方案的恢复速度；成熟的服务质量机制提供高级拥塞控制和动态路由；并支持多种网络拓扑及优化路由算法，从而进一步提升整体数据中心的吞吐效率和稳定性。
由此，整体系统在实际运行中实现了1TB/s级别的数据流动，为大数据分析、AI训练和科学计算工作负载提供了极高的存储吞吐能力。
复杂部署环境中的施工优化与调整
为解决跨机房布线难题，项目团队需要克服200G AOC线缆最长100米的物理传输限制，而计算与存储设备分属A、B两个机房，距离接近极限。如果交换机位置稍有偏差，就可能导致线缆超长、信号衰减甚至无法部署。
针对这一困难，项目团队通过精确测量机房间距与设备位置，反复推演布线方案，最终合理规划交换机安装位置，确保所有跨机房连接线缆连接都严格控制在100米限制内。同时，跨机房AOC线缆采用了特殊保护套管，防止线缆受损，并在关键路径部署了冗余连接，保证了整体网络的稳定性和安全性。
高压之下，项目团队在仅有不到1周时间内完成了走线方案的全面重新设计，制定了精确到机柜和管槽的下走线规划图，并通过线缆长度自动计算工具快速生成并更新了上千条线缆的采购清单。这一过程不仅需要工程师对现场环境进行反复测量和建模，还要在极短时间内完成从设计到采购的全链条闭环。
为保障进度，正阳恒卓同步优化了施工计划与人员安排，将原本顺序式的施工转为多工序并行，增派数十名工程人员分批次开展布线作业，确保在拥挤、工人无法站立的机柜底部空间中依然能够有序推进。对于不合理的焊接式线槽，项目团队还协调相关方拆除并重新设计为卡扣式线槽，大幅提高了穿线效率，最终在紧迫工期内完成了高密度布线任务。
NVIDIA UFM平台赋能智算中心的智能化运维
在软件与管理层面，正阳恒卓为该超大型智算中心引入了NVIDIA UFM平台，这一平台能够实时监控网络的性能与健康状态，提供自动化故障诊断与报警，以及流量分析与优化建议。NVIDIA UFM平台将增强的实时网络遥测与AI驱动的网络智能和分析相结合，为InfiniBand高性能数据中心网络的高效调配、监控、管理和预防性故障排除提供了强大支持。
通过UFM平台的智能化管理，运维团队能够实时掌握整个算力集群的运行状态，及时发现潜在问题并进行预防性处理，大大降低了系统故障风险，提高了运维效率。这一智能化的运维管理方式，为超大型智算中心的稳定运行提供了有力保障。
打造科学计算平台，支撑多领域科研突破
通过正阳恒卓专业的技术方案和高效的落地实施，该智算中心项目在NVIDIA网络解决方案的赋能下取得了显著成果，为多领域科研提供了强大支持。
稳定高效的集群互连
通过精准的网络架构设计与优化部署，该超大型智算中心实现了稳定、高效的集群互连。这不仅充分发挥了NVIDIA InfiniBand网络技术的潜力，还确保大规模分布式训练能够顺利进行，实现了规模扩展和硬件升级带来的性能提升。在实际运行中，系统能够支持数千个GPU节点的高效协同工作，为各类AI训练和科学计算任务提供了强大算力支撑。
零宕机的系统稳定运行
项目交付后，系统持续稳定运行，实现了网络零宕机的优秀记录。这得益于NVIDIA UFM监控系统能够提前发现潜在问题，避免故障发生。通过实时监控、智能分析和预测性维护，运维团队能够在问题发生前采取行动，确保系统的高可用性。这一成就对于需要长时间不间断运行的科学计算任务尤为重要，大大提高了科研工作的效率和可靠性。
多领域科研应用突破
该智算中心已经为多个大型科研项目提供了强大算力支持，加速了AI产业发展与数字化转型，在多个领域取得了显著成果：
气象领域：参与精细化气象预报，提高了天气预报的准确性和时效性。通过大规模并行计算，系统能够处理海量气象数据，构建更精确的气象模型，为防灾减灾提供科学依据。
海洋科学：与高校合作开展海洋环境模拟，支持海洋生态系统研究和气候变化分析。通过高精度数值模拟，科学家能够更深入地理解海洋动力学过程，为海洋资源开发和环境保护提供决策支持。
医药研发：加速新药分子筛选与蛋白质结构解析，缩短药物研发周期。通过AI辅助药物设计，系统能够快速筛选潜在药物分子，预测蛋白质结构，大大提高了药物研发的效率和成功率。
工业领域：支持重工领域在高端装备制造中的仿真设计，大幅降低研发成本。通过高精度仿真模拟，工程师能够在设计阶段发现潜在问题，减少物理原型制作次数，缩短产品开发周期。
大型科技项目：支撑大飞机、深空探测等大型科技项目的计算需求。通过大规模并行计算，系统能够处理复杂的工程计算和科学模拟，为重大科技项目提供关键技术支持。
构建智算生态新格局
这一超大型智算中心项目的成功，不仅推动了科研与产业的融合发展，也为智算建设积累了宝贵经验。正阳恒卓计划将该项目的成功实践推广至更多大型智算中心，并与高校共建联合实验室，培养新一代科学计算人才。
作为NVIDIA网络产品精英级合作伙伴，未来，正阳恒卓致力于将领先的智算中心网络解决方案应用于各行各业，助力更多行业实现智能化转型与升级，探索智算中心在智慧城市、生命科学、工业互联网等更多应用场景中的潜力。
AI基础设施建设是一个系统工程，需要从硬件到软件进行全面系统性开发，并将具备稳定性和高效性的技术进行封装，对用户尽可能透明。正阳恒卓通过这一项目，展示了高性能、高稳定性如何成为智算中心的基本能力和发展趋势。随着技术的不断进步和应用场景的持续拓展，智算中心将在推动科研创新和产业升级方面发挥越来越重要的作用。
结语
千P级智算集群的建设代表了当前算力基础设施的最高水平，也是国家科技创新能力的重要体现。通过NVIDIA全栈式解决方案和正阳恒卓的专业实施能力，该项目成功解决了超大规模智算中心建设中的诸多挑战，为科研机构和企业提供了强大算力支持。
未来，随着AI技术的不断发展和应用场景的持续拓展，智算中心将在更多领域发挥关键作用。通过持续技术创新和生态建设，我们有理由相信，智算基础设施将为推动科研突破、产业升级和社会进步提供更加强大的动力，助力人类迈向更加智能化的未来。
