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美國在高性能計算領域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢，然而在最新一期全球超級計算機500強榜單上，美國超算20年來首次跌出前三名。為應對日益激烈的競爭壓力，美國正加大資金投入，幫助美國主流技術公司整合強大的技術、專業(yè)知識和資源。

超算技術被視為一個國家創(chuàng)新能力乃至綜合國力的象征。近期，美國能源部表示，將在未來3年向6家科技公司撥款2.58億美元，協(xié)助這些公司開發(fā)下一代超級計算機，希望繼續(xù)保持美國在高性能計算領域的領先地位。

加大投入，希望繼續(xù)保持超算領域優(yōu)勢

據(jù)報道，受到資助的6家公司分別是AMD（超威半導體公司）、CRAYD（克雷公司）、惠普、IBM、英特爾和英偉達。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目總成本的40％，總投資約達4.3億美元。

該項目是美國“前進道路”計劃的一部分，旨在加速美國2021年部署首臺百億億（10的18次方）次級超級計算機計劃。這種超級計算機每秒可進行百億億次浮點運算。“前進道路”計劃目標是解決超級計算機發(fā)展面臨的四個關鍵挑戰(zhàn)，分別涉及并行計算、存儲、可靠性以及能耗。它資助的工作將包括：研發(fā)新的內(nèi)存體系結構、更高速互聯(lián)和可靠性更高的系統(tǒng)以及可提高計算能力但又不過高增加能耗的新方法。

美國能源部長里克·佩里在一份聲明中說：“保持美國在高性能計算領域的領導地位，對于國家的安全、繁榮和經(jīng)濟競爭至關重要。研究資金將使這幾家美國領先技術公司，在超級計算領域的下一階段發(fā)展中具有更強計算能力，從而在全球競爭中維持強大技術、專業(yè)知識和資源等優(yōu)勢。”

美國能源部之所以作出如此決定，是因為中國、日本等國在超級計算領域的飛速發(fā)展，美國在超算領域面臨著巨大競爭壓力。在2017年國際超級計算大會發(fā)布的全球超級計算機500強榜單上，前十名中，中國占據(jù)了前兩位，瑞士拿下第三，美國20年來首次跌出前三名。不可否認的是，第四到第十名中，除日本占了兩席外，其余都是“美國制造”。

超算領域“老牌帝國”整體實力依然強勁

有人做了一個形象的比喻：如果把普通計算機的運算速度比做成人的走路速度，那么超級計算機就達到了火箭的速度。在這樣的運算速度下，人們可以通過數(shù)值模擬來預測和解釋以前無法驗證的自然現(xiàn)象。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是一個國家科研實力的體現(xiàn)，對國家安全、經(jīng)濟和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義，也是國家科技發(fā)展水平和綜合國力水平的重要標志。

美國喬治華盛頓大學高效能計算機中心主任埃爾卡札威表示，由于超級計算機可以進行大量精密的模擬運算，可運用在商業(yè)、醫(yī)藥研發(fā)等領域，具有極大的經(jīng)濟價值。我們現(xiàn)在使用的許多科技產(chǎn)品，其實都是過去幾十年超級計算機模擬運算下的成果，如波音777客機，就是第一個完全通過超級計算機設計的飛機。因此，超級計算機對于一個國家未來的科技以及經(jīng)濟發(fā)展十分重要。

美國作為超級計算機世界的“老牌帝國”，整體實力依然強勁。面對其他國家在超級計算機領域的競爭，美國目前主要采取三個方面的戰(zhàn)略：一是加大投資。美國能源部表示，政府正在完成國家戰(zhàn)略計算計劃的目標：加速百億億次級計算系統(tǒng)的研制，增加用于建模和模擬的技術和用于數(shù)據(jù)分析計算的技術之間的連貫性，制定后摩爾定律時代的發(fā)展路徑。二是全面發(fā)展。美國政府擁有700多個國家實驗室，包括1500多處研發(fā)設施，每年研發(fā)經(jīng)費總額超過1000億美元。據(jù)報道，美國伊利諾伊大學的國家超級運算應用中心、橡樹嶺國家計算機科學研究中心等都在加緊研制“具有革命性”的下一代超級計算機。三是控制技術外流。2015年，美國政府發(fā)布命令，禁止英特爾將其運行速度最快的計算機芯片供應給外國頂尖的超級計算機項目。

未來超算領域可能出現(xiàn)多國交替領先

自1976年美國克雷公司推出了世界上首臺運算速度達每秒2.5億次的超級計算機以來，超級計算機在諸如天氣預報、生命科學的基因分析、核工業(yè)、軍事、航天等高科技領域大顯身手，世界各國對超級計算機的研發(fā)和應用倍加關注。

上世紀80年代，美國造超級計算機基本上是一枝獨秀，到了90年代中期以后，日本的超級計算機后來居上，打破了“超級計算機美國造”的神話。進入21世紀，尤其是最近10年，世界各國在超級計算機領域的競爭更加激烈，日本、中國以及歐洲國家都在奮起直追。2010年，中國造“天河一號”成為當年全球最強的超級計算機，引起國際社會的廣泛關注。2013年至2015年，中國造“天河二號”連續(xù)三年榮登全球超級計算機500強榜首。去年，中國的“神威·太湖之光”和“天河二號”在全球超級計算機500強排名中又斬獲冠亞軍。經(jīng)過幾十年的不懈努力，中國的高性能計算機研制水平顯著提高，成為繼美國、日本之后的第三大高性能計算機研制生產(chǎn)國。

正如埃爾卡札威所說，“如果你精通了超級計算機領域的技術，毫無疑問，你在未來就占有優(yōu)勢，因為這會決定你在未來資訊領域有多成功，而資訊領域已經(jīng)成為幾乎所有事物的骨干，不管是產(chǎn)業(yè)還是服務方面。”因此，不僅美國在超算領域加速開發(fā)，其他國家也在加倍努力。目前，除了美國外，中國、日本和歐洲都已宣布下一代每秒百億億次超算研制計劃。專家預計，未來全球超級計算機500強榜單的榜首位置將有可能出現(xiàn)多國交替占據(jù)的態(tài)勢。

點評

姜奇平（中國社科院數(shù)量經(jīng)濟與技術經(jīng)濟所信息化與網(wǎng)絡經(jīng)濟室主任）：美國能源部出臺的最新投資計劃意在整合多部門資源，加快超算研究進度。可見美國政府加大了對企業(yè)的扶持力度。例如，這次交給惠普的驗證機項目已是公司史上規(guī)模最大、耗資最多的研發(fā)項目。

相對于中國而言，不同加速器的選擇，導致中美超算的技術路線有所不同。中國采用的GPDSP在效率方面比美國GPGPU具有先天優(yōu)勢。走GPDSP路線有效縮短了與美國產(chǎn)品在絕對性能上的差距，彌補了中國在制造工藝和超大集成度芯片設計能力上的不足。

美國第一臺“神威·太湖之光”級別的計算機要到2018年才能投入運行。到2021年，美國計劃交付至少一臺“超規(guī)格”系統(tǒng)，每秒能夠進行百億億次計算。中國正在進行一臺能完成百億億次計算的計算機原型設計，一旦投入工作，它將是第一個。從這個角度看，中國超算還會繼續(xù)保持性能優(yōu)勢。

當然，雖然美國超算絕對性能排名下滑，但實際應用水平依然領先。這一點未來如何變化，還有待觀察。