NVIDIA前員工利用A100找到人類已知最大的質數，目的是證明GPU的用途不只是遊戲與AI

新的人類已知最大質數，被GPU發現！這個數就是2¹³⁶²⁷⁹⁸⁴¹ −1，如果展開會有41024320位十進制數字。

一位NVIDIA前員工通過開放原始碼專案GIMPS（梅森質數大搜尋，Great Internet Mersenne Prime Search）報告了這一結果。且是透過NVIDIA A100初步發現，然後經由H100驗證。

2¹³⁶²⁷⁹⁸⁴¹ −1比之前創紀錄的質數大1600多萬位，是有史以來發現的第52個已知的梅森質數，也是GIMPS項目發現的第18個梅森質數。

連馬斯克都跑來圍觀。

GPU的用途不僅是AI

2¹³⁶²⁷⁹⁸⁴¹−1目前也被稱為M136279841，計算方法是136279841個2乘起來，然後再減1。

要細數這個最新質數被發現的故事，就不得不多說兩句發現他的盧克。

盧克現在的身份是一家創業公司的CEO，也是目前GIMPS最多產的貢獻者。不過在此之前，從2010年開始，他在NVIDIA工作了11年之久，期間參與過GPU的設計。他之所以加入尋找梅森質數的行列，是想要透過這件事證明：GPU不僅僅可以用在AI領域，也非常適合用來搞基礎數學和科學研究。

當然，用GPU找質數不是盧克自己的創新性想法。

早在2017年，Mihai Preda就留意到了GPU在PC中的功能性和重要程度與日俱增，然後他就編寫了一套叫做GpuOwl的程式，來測試尋找梅森數中的質數。

2023年10月，盧克開始了他的尋找梅森質數之旅。

在他看來，雲端運算中GPU可用性的爆炸性增長為GpuOwl提供了獨特的機會。因此，他開發了一套跨多個GPU伺服器運行和維護的GIMPS基礎設施。

截至目前，盧克的「雲端超級電腦」由數千個伺服器GPU組成，橫跨17個國家（地區）的24個資料中心區域。

測試一年之後，也就是這個月，盧克終於有了新發現——

10月11日，愛爾蘭都柏林的NVIDIA A100報告稱，M136279841可能是質數。

次日，美國德州聖安東尼奧的NVIDIA H100通過Lucas-Lehmer測試證實了這一點。

按照規定，盧克因為找到了新的質數，可以獲得3000美元的研究發現獎金。不過消息稱，他決定把這筆錢捐給阿拉巴馬州數學與科學學院的數學系。

有文章感慨道：「這個最新的人類已知最大質數的出現，結束了利用一般PC尋找質數在過去28年中的統治地位。」

說到這裡，我們來簡單介紹幾句，什麼是質數，什麼又是梅森質數？

質數，是指在大於1的自然數中，除了1和它本身以外不再有其他因數的自然數。

而梅森質數則是2的P次方-1形式的質數。得名於法國數學家和修道士馬林·梅森（Marin Mersenne）。

人們為了紀念梅森在質數研究中所做的開創性工作，從此以後，就把這種類型的質數稱為“梅森質數”。

由於符合2的P次方-1形式的數，有高效的演算法（如盧卡斯-萊默測試）可以用於檢驗，即使在P非常大的情況下也是如此。因此後來人們發現的已知最大質數幾乎都是梅森質數，因此尋找新的梅森質數的歷程也就幾乎等同於尋找新的最大質數的歷程。

目前為止，一共發現了52個梅森質數，並且其中18個由GIMPS項目發現。

由於尋找梅森質數，不僅需要豐富的理論知識，還需要海量的計算，一個分散式計畫誕生了。

它就是GIMPS，梅森質數大搜尋。

GIMPS誕生於1996年，是世界上壽命最長的分佈式項目之一，旨在發現新的世界紀錄的最大/小的梅森質數。

由於它背後是一個科學研究慈善機構，因此GIMPS是一個志願者團隊協作的項目，任何擁有相當強大的PC或GPU的人都可以加入，成為“梅森質數獵人”。

人們可以通過下載開放原始碼的prime95和MPrime軟體來搜尋梅森質數，其中，Prime95的作用是拿它查詢以前的梅森質數。

GIMPS使用者運行的程式會執行Fermat probable prime檢驗：測試一旦成功，就幾乎可以確定一個新的梅森質數被找到了。

不過在GIMPS伺服器收到“可能出現新梅森質數”的通知時，還是會馬不停蹄地在不同硬體上使用不同程式，運行幾個確定的Lucas-Lehmer質數測試，來確保萬無一失。

GIMPS基於一種特殊演算法來尋找最新的梅森質數。

上個世紀90年代初期，已故的蘋果公司傑出科學家Richard Crandall發現了將摺積（本質上是大乘法運算）速度提高一倍的方法。

該方法不僅適用於質數搜尋，也適用於計算的其他方面。

GIMPS的軟體負責人George Woltman用彙編語言實現了Richard的演算法，從而產生了一個效率空前的質數搜尋程式，這才導致了GIMPS項目的成功。

不過一開始開始，它設計的軟體僅僅能在英特爾PC上運行；後來，又能在各種非英特爾處理器上跑；十年前，GIMPS系列中又增加了GPU專用軟體。

到現在，GIMPS已經為各種CPU和GPU提供完整的程式。

不過，圍繞著梅森質數一直有些小小的爭議。

因為梅森質數的實際用途其實不多，所以有人老是很疑惑，到底為啥要費勁尋找出這些最大梅森質數呢？

在梅森質數網站上，就這個問題被列出來的一個答案是：

為了榮耀！

話倒是說回來，其實幾十年前，類似的疑惑就已經存在了，直到人們基於質數開發了重要的密碼學演算法，疑惑才被打消。

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