中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)有可能重奪世界第一的寶座

如今，中國(guó)正在與美國(guó)，歐洲和日本競(jìng)爭(zhēng)高性能計(jì)算，目的都是制造出排名世界第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)。而中國(guó)的戰(zhàn)略獨(dú)一無(wú)二：目前有三支中國(guó)隊(duì)伍正在競(jìng)相建造，從而實(shí)現(xiàn)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。

中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)有可能重奪世界第一的寶座。

位于天津的中國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)中心內(nèi)，鋪著大理石地板的大廳旁邊有一個(gè)巨大的房間，里面有100多個(gè)衣柜大小的黑色和灰色金屬柜子，它們整齊地排列著。

這些“柜子”包含了天河-1A（天河一號(hào)）超級(jí)計(jì)算機(jī)，8年前它成為中國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，也被稱為世界上最快的計(jì)算機(jī)，運(yùn)行速度為2.57千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算（或每秒數(shù)千萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算）。但就在天河1A的樓上，也就是游客的禁區(qū)內(nèi)還有一臺(tái)小型原型機(jī)，如果成功擴(kuò)大規(guī)模，可能會(huì)再次將中國(guó)推向超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜的前列。其目標(biāo)是打造一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)1 exaflop（百億億次，是千萬(wàn)億次petaflop的1000倍）的超級(jí)計(jì)算機(jī)，比目前的冠軍——田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）的Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)快5倍。

戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)：三支中國(guó)隊(duì)伍競(jìng)相建造中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)

中國(guó)正與美國(guó)、歐洲和日本在多個(gè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)將促進(jìn)中國(guó)在氣候和天氣模擬、人類遺傳學(xué)研究、藥物開發(fā)、人工智能和其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

但中國(guó)的戰(zhàn)略是獨(dú)一無(wú)二的。三支隊(duì)伍正在競(jìng)相建造中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)，這三支隊(duì)伍分別是國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心和位于北京的超級(jí)計(jì)算機(jī)制造商曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司。中國(guó)科技部可能會(huì)在今年年底前選擇其中的兩支隊(duì)伍進(jìn)行壯大以實(shí)現(xiàn)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。

來(lái)自圣保羅Hyperion研究計(jì)劃的高性能計(jì)算分析師Bob Sorensen表示，這種方法是一種促進(jìn)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，這樣可以“鼓勵(lì)供應(yīng)商嘗試各種各樣的設(shè)計(jì)，以區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。

中國(guó)可能不是第一個(gè)達(dá)到這個(gè)計(jì)算里程碑的國(guó)家。日本的Post-K exascale計(jì)算機(jī)可能在2020年實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。美國(guó)的目標(biāo)則是于2021年在位于伊利諾伊州的Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室部署其第一個(gè)exascale系統(tǒng)。同時(shí)，歐盟也正在加強(qiáng)自己的計(jì)劃。中國(guó)希望在2020年實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但這個(gè)日期可能會(huì)延遲。

成為“第一名”不是中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的唯一目標(biāo)

然而，拿到第一名不是中國(guó)唯一的目標(biāo)。擁有三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)將確保計(jì)算機(jī)芯片、操作軟件、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的廣泛技術(shù)進(jìn)步，該中心領(lǐng)導(dǎo)exascale應(yīng)用研發(fā)的物理學(xué)家孟祥飛表示。建立國(guó)產(chǎn)容量對(duì)于CPU和被稱為加速器的專用芯片尤為重要，這可以提高計(jì)算機(jī)的性能。田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Jack Dongarra表示，中國(guó)曾依賴美國(guó)生產(chǎn)的英特爾CPU來(lái)生產(chǎn)了好幾代超級(jí)計(jì)算機(jī)，但在2015年，美國(guó)政府出于安全原因禁止出口某些芯片。他說(shuō)，這一舉動(dòng)“激起了中國(guó)政府對(duì)制造商進(jìn)行大量投資”。

三隊(duì)?wèi)?zhàn)略還允許中國(guó)科技部與地方政府分擔(dān)成本，這將令一臺(tái)領(lǐng)先的超級(jí)計(jì)算機(jī)有希望能夠刺激技術(shù)發(fā)展并吸引來(lái)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。北京航空航天大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家錢德沛在科技部進(jìn)行百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)評(píng)估團(tuán)隊(duì)工作時(shí)表示，這些原型機(jī)每個(gè)成本約900萬(wàn)美元，據(jù)悉其中一本來(lái)源于科技部，剩下的部分則是由地方承擔(dān)。

這些原型機(jī)面臨著速度、穩(wěn)定性和能耗等一系列測(cè)試，以及來(lái)自不同應(yīng)用領(lǐng)域的軟件試運(yùn)行，但結(jié)果“非常保密”。最終的預(yù)算也尚不清楚，盡管一開始曾預(yù)計(jì)一臺(tái)百億億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)將花費(fèi)20億至30億元人民幣。

即使在宣布兩位隊(duì)伍入選后，錢德沛表示第三支隊(duì)伍可能會(huì)繼續(xù)參與，所以他們所獲得的專業(yè)知識(shí)并沒有浪費(fèi)。如果擴(kuò)大原型機(jī)，實(shí)現(xiàn)在3千萬(wàn)億次（Petaflops）范圍內(nèi)的運(yùn)行，就意味著可以通過(guò)足夠的CPU和加速器來(lái)達(dá)到百億億次，同時(shí)還能改進(jìn)散熱功能，提高效率所需的液體冷卻系統(tǒng)，并完善大規(guī)模并行排列所需的操作軟件處理器。

孟祥飛說(shuō)，在開發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于趣味科學(xué)的軟件方面，中國(guó)曾經(jīng)有些落后，但也一直在追趕。在過(guò)去的兩年中，中國(guó)團(tuán)隊(duì)贏得了世界計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)每年頒發(fā)的戈登貝爾獎(jiǎng)，這項(xiàng)大獎(jiǎng)用以表彰高性能計(jì)算應(yīng)用于科學(xué)、工程和大規(guī)模數(shù)據(jù)分析的創(chuàng)新。國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)濟(jì)南中心主任楊美紅說(shuō)，中國(guó)科學(xué)家正在研究新的應(yīng)用，例如，進(jìn)入百億億計(jì)算機(jī)時(shí)代后，全球大氣模型的空間分辨率將得到顯著改善，“這對(duì)于更深入地了解氣候變化將具有重要意義。”

美國(guó)Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)

美國(guó)仍在用于研究的超級(jí)計(jì)算機(jī)中占據(jù)主導(dǎo)地位，排名前50位系統(tǒng)中，美國(guó)占據(jù)21位。

錢德沛說(shuō)：“擁有排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)固然很好，但這不是最終目標(biāo)?！盌ongarra也同意這一觀點(diǎn)：“真正的衡量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是這些計(jì)算機(jī)帶來(lái)了的新科學(xué)?！?/p>