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美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，然而在最新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單上，美國(guó)超算20年來(lái)首次跌出前三名。為應(yīng)對(duì)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)壓力，美國(guó)正加大資金投入，幫助美國(guó)主流技術(shù)公司整合強(qiáng)大的技術(shù)、專業(yè)知識(shí)和資源。

超算技術(shù)被視為一個(gè)國(guó)家創(chuàng)新能力乃至綜合國(guó)力的象征。近期，美國(guó)能源部表示，將在未來(lái)3年向6家科技公司撥款2.58億美元，協(xié)助這些公司開(kāi)發(fā)下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)，希望繼續(xù)保持美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

加大投入，希望繼續(xù)保持超算領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)

據(jù)報(bào)道，受到資助的6家公司分別是AMD（超威半導(dǎo)體公司）、CRAYD（克雷公司）、惠普、IBM、英特爾和英偉達(dá)。2.58億美元的資金將在3年的合同期內(nèi)分配，各家公司所提供的資金至少占項(xiàng)目總成本的40％，總投資約達(dá)4.3億美元。

該項(xiàng)目是美國(guó)“前進(jìn)道路”計(jì)劃的一部分，旨在加速美國(guó)2021年部署首臺(tái)百億億（10的18次方）次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。這種超級(jí)計(jì)算機(jī)每秒可進(jìn)行百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算。“前進(jìn)道路”計(jì)劃目標(biāo)是解決超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展面臨的四個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，分別涉及并行計(jì)算、存儲(chǔ)、可靠性以及能耗。它資助的工作將包括：研發(fā)新的內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)、更高速互聯(lián)和可靠性更高的系統(tǒng)以及可提高計(jì)算能力但又不過(guò)高增加能耗的新方法。

美國(guó)能源部長(zhǎng)里克·佩里在一份聲明中說(shuō)：“保持美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，對(duì)于國(guó)家的安全、繁榮和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)至關(guān)重要。研究資金將使這幾家美國(guó)領(lǐng)先技術(shù)公司，在超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域的下一階段發(fā)展中具有更強(qiáng)計(jì)算能力，從而在全球競(jìng)爭(zhēng)中維持強(qiáng)大技術(shù)、專業(yè)知識(shí)和資源等優(yōu)勢(shì)。”

美國(guó)能源部之所以作出如此決定，是因?yàn)橹袊?guó)、日本等國(guó)在超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域的飛速發(fā)展，美國(guó)在超算領(lǐng)域面臨著巨大競(jìng)爭(zhēng)壓力。在2017年國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)發(fā)布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單上，前十名中，中國(guó)占據(jù)了前兩位，瑞士拿下第三，美國(guó)20年來(lái)首次跌出前三名。不可否認(rèn)的是，第四到第十名中，除日本占了兩席外，其余都是“美國(guó)制造”。

超算領(lǐng)域“老牌帝國(guó)”整體實(shí)力依然強(qiáng)勁

有人做了一個(gè)形象的比喻：如果把普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比做成人的走路速度，那么超級(jí)計(jì)算機(jī)就達(dá)到了火箭的速度。在這樣的運(yùn)算速度下，人們可以通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)預(yù)測(cè)和解釋以前無(wú)法驗(yàn)證的自然現(xiàn)象。超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國(guó)家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力的體現(xiàn)，對(duì)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的意義，也是國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。

美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)高效能計(jì)算機(jī)中心主任埃爾卡札威表示，由于超級(jí)計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行大量精密的模擬運(yùn)算，可運(yùn)用在商業(yè)、醫(yī)藥研發(fā)等領(lǐng)域，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我們現(xiàn)在使用的許多科技產(chǎn)品，其實(shí)都是過(guò)去幾十年超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算下的成果，如波音777客機(jī)，就是第一個(gè)完全通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的飛機(jī)。因此，超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)于一個(gè)國(guó)家未來(lái)的科技以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分重要。

美國(guó)作為超級(jí)計(jì)算機(jī)世界的“老牌帝國(guó)”，整體實(shí)力依然強(qiáng)勁。面對(duì)其他國(guó)家在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，美國(guó)目前主要采取三個(gè)方面的戰(zhàn)略：一是加大投資。美國(guó)能源部表示，政府正在完成國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)算計(jì)劃的目標(biāo)：加速百億億次級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研制，增加用于建模和模擬的技術(shù)和用于數(shù)據(jù)分析計(jì)算的技術(shù)之間的連貫性，制定后摩爾定律時(shí)代的發(fā)展路徑。二是全面發(fā)展。美國(guó)政府擁有700多個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，包括1500多處研發(fā)設(shè)施，每年研發(fā)經(jīng)費(fèi)總額超過(guò)1000億美元。據(jù)報(bào)道，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的國(guó)家超級(jí)運(yùn)算應(yīng)用中心、橡樹(shù)嶺國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)研究中心等都在加緊研制“具有革命性”的下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)。三是控制技術(shù)外流。2015年，美國(guó)政府發(fā)布命令，禁止英特爾將其運(yùn)行速度最快的計(jì)算機(jī)芯片供應(yīng)給外國(guó)頂尖的超級(jí)計(jì)算機(jī)項(xiàng)目。

未來(lái)超算領(lǐng)域可能出現(xiàn)多國(guó)交替領(lǐng)先

自1976年美國(guó)克雷公司推出了世界上首臺(tái)運(yùn)算速度達(dá)每秒2.5億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)以來(lái)，超級(jí)計(jì)算機(jī)在諸如天氣預(yù)報(bào)、生命科學(xué)的基因分析、核工業(yè)、軍事、航天等高科技領(lǐng)域大顯身手，世界各國(guó)對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用倍加關(guān)注。

上世紀(jì)80年代，美國(guó)造超級(jí)計(jì)算機(jī)基本上是一枝獨(dú)秀，到了90年代中期以后，日本的超級(jí)計(jì)算機(jī)后來(lái)居上，打破了“超級(jí)計(jì)算機(jī)美國(guó)造”的神話。進(jìn)入21世紀(jì)，尤其是最近10年，世界各國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，日本、中國(guó)以及歐洲國(guó)家都在奮起直追。2010年，中國(guó)造“天河一號(hào)”成為當(dāng)年全球最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。2013年至2015年，中國(guó)造“天河二號(hào)”連續(xù)三年榮登全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜首。去年，中國(guó)的“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名中又?jǐn)孬@冠亞軍。經(jīng)過(guò)幾十年的不懈努力，中國(guó)的高性能計(jì)算機(jī)研制水平顯著提高，成為繼美國(guó)、日本之后的第三大高性能計(jì)算機(jī)研制生產(chǎn)國(guó)。

正如埃爾卡札威所說(shuō)，“如果你精通了超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)，毫無(wú)疑問(wèn)，你在未來(lái)就占有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@會(huì)決定你在未來(lái)資訊領(lǐng)域有多成功，而資訊領(lǐng)域已經(jīng)成為幾乎所有事物的骨干，不管是產(chǎn)業(yè)還是服務(wù)方面。”因此，不僅美國(guó)在超算領(lǐng)域加速開(kāi)發(fā)，其他國(guó)家也在加倍努力。目前，除了美國(guó)外，中國(guó)、日本和歐洲都已宣布下一代每秒百億億次超算研制計(jì)劃。專家預(yù)計(jì)，未來(lái)全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單的榜首位置將有可能出現(xiàn)多國(guó)交替占據(jù)的態(tài)勢(shì)。

點(diǎn)評(píng)

姜奇平（中國(guó)社科院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)所信息化與網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)室主任）：美國(guó)能源部出臺(tái)的最新投資計(jì)劃意在整合多部門(mén)資源，加快超算研究進(jìn)度。可見(jiàn)美國(guó)政府加大了對(duì)企業(yè)的扶持力度。例如，這次交給惠普的驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目已是公司史上規(guī)模最大、耗資最多的研發(fā)項(xiàng)目。

相對(duì)于中國(guó)而言，不同加速器的選擇，導(dǎo)致中美超算的技術(shù)路線有所不同。中國(guó)采用的GPDSP在效率方面比美國(guó)GPGPU具有先天優(yōu)勢(shì)。走GPDSP路線有效縮短了與美國(guó)產(chǎn)品在絕對(duì)性能上的差距，彌補(bǔ)了中國(guó)在制造工藝和超大集成度芯片設(shè)計(jì)能力上的不足。

美國(guó)第一臺(tái)“神威·太湖之光”級(jí)別的計(jì)算機(jī)要到2018年才能投入運(yùn)行。到2021年，美國(guó)計(jì)劃交付至少一臺(tái)“超規(guī)格”系統(tǒng)，每秒能夠進(jìn)行百億億次計(jì)算。中國(guó)正在進(jìn)行一臺(tái)能完成百億億次計(jì)算的計(jì)算機(jī)原型設(shè)計(jì)，一旦投入工作，它將是第一個(gè)。從這個(gè)角度看，中國(guó)超算還會(huì)繼續(xù)保持性能優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，雖然美國(guó)超算絕對(duì)性能排名下滑，但實(shí)際應(yīng)用水平依然領(lǐng)先。這一點(diǎn)未來(lái)如何變化，還有待觀察。