魏云峰

E級(jí)超算是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，被全世界公認(rèn)為“超級(jí)計(jì)算機(jī)界的下一頂皇冠”。美國(guó)于6月8日宣布成功研制運(yùn)算速度高達(dá)每秒20億億次的新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)（Summit）”。憑借這臺(tái)“當(dāng)今世界最強(qiáng)大、最智能的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，美國(guó)重新奪回失落5年之久的超算“世界第一”寶座。在外界對(duì)此熱議不休的同時(shí)，處于超算研制競(jìng)賽第一集團(tuán)的美國(guó)、中國(guó)、歐洲和日本卻在潛心為運(yùn)算速度達(dá)到每秒百億億次的E級(jí)超算展開更激烈的比拼，畢竟它才是“超算界的下一頂皇冠”。

美國(guó)超算重回世界第一

美國(guó)能源部下屬橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在官網(wǎng)發(fā)布了新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”，并宣布它成為世界上最強(qiáng)大、最智能的科學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)，超越了此前排名世界第一的中國(guó)“神威·太湖之光”。IBM首席執(zhí)行官吉尼·羅曼提在接受采訪時(shí)表示：“‘頂點(diǎn)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值為每秒20億億次，比美國(guó)目前排名最高的‘泰坦強(qiáng)8倍。”美聯(lián)社稱，“頂點(diǎn)”的峰值速度比普通筆記本電腦快了100萬倍，幾乎是中國(guó)“神威·太湖之光”峰值速度的兩倍，后者的運(yùn)算速度為每秒12.5億億次。

美國(guó)能源部長(zhǎng)里克·佩里說，“頂點(diǎn)”超算將給能源研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全帶來深遠(yuǎn)影響。美能源部今年將啟動(dòng)遴選科學(xué)項(xiàng)目，申請(qǐng)使用“頂點(diǎn)”超算的科學(xué)項(xiàng)目已開始排隊(duì)。此外，“頂點(diǎn)”還能整合人工智能（AI），尋找疾病的治療新方法等。《麻省理工科技評(píng)論》雜志則說得更直白——“全世界的超級(jí)計(jì)算機(jī)都被用來進(jìn)行研究和研制新武器。如果美國(guó)擁有最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，美國(guó)的研究人員和武裝部隊(duì)就會(huì)具備更多的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

值得注意的是，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布“頂點(diǎn)”超算的時(shí)間，恰逢新一期“全球超算500強(qiáng)”榜單6月發(fā)布之前。自2013年以來，中國(guó)超算一直牢牢占據(jù)著該排名榜的榜首位置，讓美國(guó)倍感壓力。美國(guó)總統(tǒng)特朗普上臺(tái)后大幅削減科研經(jīng)費(fèi)，卻對(duì)超算額外開恩，甚至還增加撥款，可見其重視程度。如今美國(guó)卡著時(shí)間節(jié)點(diǎn)，力求將“頂點(diǎn)”穩(wěn)妥地送回“全球超算500強(qiáng)”榜首位置，也算是“用心良苦”。

中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能計(jì)算專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)、國(guó)家超算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫f，對(duì)于美國(guó)新一代超算今年的反超，其實(shí)業(yè)內(nèi)早有預(yù)期。他介紹說，鑒于中國(guó)當(dāng)前運(yùn)算速度最快的超算“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”最近幾年都沒有大幅升級(jí)的計(jì)劃，因此預(yù)計(jì)美國(guó)“頂點(diǎn)”還將占據(jù)“全球超算500強(qiáng)”榜首一段時(shí)間。不過由于參與“全球超算500強(qiáng)”排名的超算是由企業(yè)和高校、研究所等自行申報(bào)，未來也不排除其他此前未公開的超算“異軍突起”的可能。

E級(jí)超算時(shí)間表，中國(guó)領(lǐng)先

“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”沒有升級(jí)計(jì)劃，并不代表中國(guó)放棄了超算競(jìng)爭(zhēng)，而是集中精力發(fā)展革命性的E級(jí)超算。在超算研制競(jìng)賽的無休止角逐中，“全球超算500強(qiáng)”的排名變化不過是“小插曲”，美國(guó)、中國(guó)、歐洲和日本都在以舉國(guó)之力對(duì)E級(jí)超算進(jìn)行攻關(guān)。

張?jiān)迫嘎?，美?guó)同時(shí)上馬了兩個(gè)E級(jí)超算項(xiàng)目，其中一個(gè)走成熟路線，采用相對(duì)成熟的技術(shù)以節(jié)省時(shí)間，爭(zhēng)奪最早研制出E級(jí)超算的“桂冠”，預(yù)計(jì)將在2021年發(fā)布;另一個(gè)項(xiàng)目則集中各種先進(jìn)技術(shù)，不惜代價(jià)謀求在E級(jí)超算中的長(zhǎng)期霸主地位。相比之下，歐洲和日本的E級(jí)超算推出時(shí)間相對(duì)落后，基本都在2022年之后。

按照中國(guó)的時(shí)間表，中國(guó)最早有望在2020年發(fā)布E級(jí)超算。目前中國(guó)同時(shí)啟動(dòng)了三大E級(jí)超算原型系統(tǒng)的研發(fā)，分別是國(guó)防科大和天津超算中心的“天河三號(hào)”、中科曙光的E級(jí)超算以及江南所和濟(jì)南超算中心的“神威”E級(jí)超算。

張?jiān)迫硎?，其中“天河三?hào)”采取的技術(shù)路線與日歐類似，都是基于ARM構(gòu)架處理器;中科曙光則選擇了類似于美國(guó)主流超算的CPU+GPU技術(shù)路線;“神威”采用的是眾核異構(gòu)體系?！爸袊?guó)這三大項(xiàng)目囊括了當(dāng)今世界E級(jí)超算的三大技術(shù)流派，而且核心處理器都是國(guó)產(chǎn)的。它們將相繼發(fā)布用于技術(shù)驗(yàn)證的E級(jí)超算原型機(jī)，未來中國(guó)將同步推出至少兩個(gè)、甚至三個(gè)E級(jí)超算?！?/p>

必須承認(rèn)的是，各國(guó)在E級(jí)超算項(xiàng)目上的激烈競(jìng)爭(zhēng)，恰恰也說明了其研制的難度之高。張?jiān)迫榻B說，E級(jí)超算不但運(yùn)算速度超過每秒百億億次，而且對(duì)于其能耗、可靠性以及開發(fā)百億億次級(jí)應(yīng)用程序等方面都有嚴(yán)苛的要求，因此被稱為“超算界的下一頂皇冠”。

美國(guó)對(duì)“頂點(diǎn)”的介紹中突出了它與AI的相關(guān)應(yīng)用。張?jiān)迫硎荆茖W(xué)界在超算的研制中，發(fā)現(xiàn)它與AI有天然的密切聯(lián)系，尤其是在基本架構(gòu)等方面與當(dāng)前AI采用的技術(shù)頗有共通之處，因此“超算+AI”也被視為未來超算應(yīng)用的重要發(fā)展路徑，例如依托超算和人工智能的智慧城市，或許將成為現(xiàn)實(shí)。

超算對(duì)運(yùn)算速度的追求沒有止境嗎？這樣高速的超算到底用在什么地方？張?jiān)迫f，必須要承認(rèn)，超算的性能是永遠(yuǎn)不夠用的，在材料科學(xué)、物理、化學(xué)、生物、能源、太空等很多領(lǐng)域，超算應(yīng)用只能“委屈”地降低精度要求、規(guī)模要求來配套現(xiàn)有超算的性能。事實(shí)上，不但那些高精尖領(lǐng)域離不開超算，如今我們生活也與超算有越來越緊密的聯(lián)系，例如手機(jī)收到的精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)就有超算的功勞，甚至動(dòng)畫片的渲染也大量采用超算協(xié)助。據(jù)介紹，“天河二號(hào)”參與過上百部動(dòng)畫的渲染與特效制作，其中就有大家熟知的《熊出沒》。

張?jiān)迫嵝颜f，總體而言，雖然中國(guó)超算的硬件方面已取得諸多成就，但在超算的應(yīng)用領(lǐng)域仍與美國(guó)有較大差距。盡管我們的超算在許多大型科學(xué)計(jì)算方面已有更多應(yīng)用，但在其廣度和深度、特別是商業(yè)化開發(fā)領(lǐng)域，仍存在諸多不足。這也是中國(guó)超算未來發(fā)展必須要解決的一個(gè)問題。此外，超算是一個(gè)交叉學(xué)科，由計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用知識(shí)三方面構(gòu)成，對(duì)人才要求非常高。目前國(guó)家對(duì)相關(guān)人才的需求很大，但實(shí)際數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

數(shù)量決定成果

不過，據(jù)美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》6月發(fā)布的新一期“全球超算500強(qiáng)”榜單，在超級(jí)計(jì)算機(jī)前500名上，我國(guó)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了美國(guó)，并且在整個(gè)TOP500榜單上占據(jù)了足足206位，總占比高達(dá)41%，不但超過了美國(guó)的25%，也超過其他國(guó)家的34%。

眾所周知，超級(jí)計(jì)算機(jī)的作用非常大，在社會(huì)各行各業(yè)中都有極大的作用，“E級(jí)超算將在解決人類共同面臨的能源危機(jī)、污染和氣候變化等重大問題上發(fā)揮巨大作用?！睆?jiān)迫f。

更為重要的是，尤其是在新一代的武器研發(fā)和科研項(xiàng)目上，超級(jí)計(jì)算機(jī)幾乎決定了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度。就目前來看，超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量幾乎決定了一個(gè)國(guó)家的科研成果。

而在今年的榜單中，我國(guó)擁有了206臺(tái)超級(jí)電腦，比去年多出40臺(tái)，而在2019年和2020年我國(guó)的幾款百億億級(jí)計(jì)算機(jī)投入使用以后，我國(guó)還能占據(jù)更多的名額。

隨著新一代先進(jìn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的投入使用，我國(guó)在科研、前端技術(shù)方面無疑能遠(yuǎn)超其他國(guó)家，不過美國(guó)相對(duì)去年足足下降了40臺(tái)，對(duì)其來說這自然不是什么好消息。

（綜合摘編自《環(huán)球時(shí)報(bào)》、CHN強(qiáng)國(guó)網(wǎng)）