美国着力开发下一代超级计算机

核心阅读：美国在高性能计算领域具有传统优势，然而在最新一期全球超级计算机500强榜单上，美国超算20年来首次跌出前三名。为应对日益激烈的竞争压力，美国正加大资金投入，帮助美国主流技术公司整合强大的技术、专业知识和资源。

 

超算技术被视为一个国家创新能力乃至综合国力的象征。近期，美国能源部表示，将在未来3年向6家科技公司拨款2.58亿美元，协助这些公司开发下一代超级计算机，希望继续保持美国在高性能计算领域的领先地位。

 

加大投入，希望继续保持超算领域优势

 

据报道，受到资助的6家公司分别是AMD（超威半导体公司）、CRAYD（克雷公司）、惠普、IBM、英特尔和英伟达。2.58亿美元的资金将在3年的合同期内分配，各家公司所提供的资金至少占项目总成本的40％，总投资约达4.3亿美元。

 

该项目是美国“前进道路”计划的一部分，旨在加速美国2021年部署首台百亿亿（10的18次方）次级超级计算机计划。这种超级计算机每秒可进行百亿亿次浮点运算。“前进道路”计划目标是解决超级计算机发展面临的四个关键挑战，分别涉及并行计算、存储、可靠性以及能耗。它资助的工作将包括：研发新的内存体系结构、更高速互联和可靠性更高的系统以及可提高计算能力但又不过高增加能耗的新方法。

 

美国能源部长里克·佩里在一份声明中说：“保持美国在高性能计算领域的领导地位，对于国家的安全、繁荣和经济竞争至关重要。研究资金将使这几家美国领先技术公司，在超级计算领域的下一阶段发展中具有更强计算能力，从而在全球竞争中维持强大技术、专业知识和资源等优势。”

 

美国能源部之所以作出如此决定，是因为中国、日本等国在超级计算领域的飞速发展，美国在超算领域面临着巨大竞争压力。在2017年国际超级计算大会发布的全球超级计算机500强榜单上，前十名中，中国占据了前两位，瑞士拿下第三，美国20年来首次跌出前三名。不可否认的是，第四到第十名中，除日本占了两席外，其余都是“美国制造”。

 

超算领域“老牌帝国”整体实力依然强劲

 

有人做了一个形象的比喻：如果把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法验证的自然现象。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义，也是国家科技发展水平和综合国力水平的重要标志。

 

美国乔治华盛顿大学高效能计算机中心主任埃尔卡札威表示，由于超级计算机可以进行大量精密的模拟运算，可运用在商业、医药研发等领域，具有极大的经济价值。我们现在使用的许多科技产品，其实都是过去几十年超级计算机模拟运算下的成果，如波音777客机，就是第一个完全通过超级计算机设计的飞机。因此，超级计算机对于一个国家未来的科技以及经济发展十分重要。

 

美国作为超级计算机世界的“老牌帝国”，整体实力依然强劲。面对其他国家在超级计算机领域的竞争，美国目前主要采取三个方面的战略：一是加大投资。美国能源部表示，政府正在完成国家战略计算计划的目标：加速百亿亿次级计算系统的研制，增加用于建模和模拟的技术和用于数据分析计算的技术之间的连贯性，制定后摩尔定律时代的发展路径。二是全面发展。美国政府拥有700多个国家实验室，包括1500多处研发设施，每年研发经费总额超过1000亿美元。据报道，美国伊利诺伊大学的国家超级运算应用中心、橡树岭国家计算机科学研究中心等都在加紧研制“具有革命性”的下一代超级计算机。三是控制技术外流。2015年，美国政府发布命令，禁止英特尔将其运行速度最快的计算机芯片供应给外国顶尖的超级计算机项目。

 

未来超算领域可能出现多国交替领先

 

自1976年美国克雷公司推出了世界上首台运算速度达每秒2.5亿次的超级计算机以来，超级计算机在诸如天气预报、生命科学的基因分析、核工业、军事、航天等高科技领域大显身手，世界各国对超级计算机的研发和应用倍加关注。

 

上世纪80年代，美国造超级计算机基本上是一枝独秀，到了90年代中期以后，日本的超级计算机后来居上，打破了“超级计算机美国造”的神话。进入21世纪，尤其是最近10年，世界各国在超级计算机领域的竞争更加激烈，日本、中国以及欧洲国家都在奋起直追。2010年，中国造“天河一号”成为当年全球最强的超级计算机，引起国际社会的广泛关注。2013年至2015年，中国造“天河二号”连续三年荣登全球超级计算机500强榜首。去年，中国的“神威·太湖之光”和“天河二号”在全球超级计算机500强排名中又斩获冠亚军。经过几十年的不懈努力，中国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。

 

正如埃尔卡札威所说，“如果你精通了超级计算机领域的技术，毫无疑问，你在未来就占有优势，因为这会决定你在未来资讯领域有多成功，而资讯领域已经成为几乎所有事物的骨干，不管是产业还是服务方面。”因此，不仅美国在超算领域加速开发，其他国家也在加倍努力。目前，除了美国外，中国、日本和欧洲都已宣布下一代每秒百亿亿次超算研制计划。专家预计，未来全球超级计算机500强榜单的榜首位置将有可能出现多国交替占据的态势。

 

（人民日报洛杉矶电 记者  王如君）  

 

点评

 

姜奇平（中国社科院数量经济与技术经济所信息化与网络经济室主任）：美国能源部出台的最新投资计划意在整合多部门资源，加快超算研究进度。可见美国政府加大了对企业的扶持力度。例如，这次交给惠普的验证机项目已是公司史上规模最大、耗资最多的研发项目。

 

相对于中国而言，不同加速器的选择，导致中美超算的技术路线有所不同。中国采用的GPDSP在效率方面比美国GPGPU具有先天优势。走GPDSP路线有效缩短了与美国产品在绝对性能上的差距，弥补了中国在制造工艺和超大集成度芯片设计能力上的不足。

 

美国第一台“神威·太湖之光”级别的计算机要到2018年才能投入运行。到2021年，美国计划交付至少一台“超规格”系统，每秒能够进行百亿亿次计算。中国正在进行一台能完成百亿亿次计算的计算机原型设计，一旦投入工作，它将是第一个。从这个角度看，中国超算还会继续保持性能优势。

 

当然，虽然美国超算绝对性能排名下滑，但实际应用水平依然领先。这一点未来如何变化，还有待观察。