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美國在高性能計算領(lǐng)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(yīng)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(shù)公司整合強大的技術(shù)、專業(yè)知識和資源。

超算技術(shù)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(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

據(jù)報道，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。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(biāo)是解決超級計算機發(fā)展面臨的四個關(guān)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(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(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，對于國家的安全、繁榮和經(jīng)濟競爭至關(guān)重要。研究資金將使這幾家美國領(lǐng)先技術(shù)公司，在超級計算領(lǐng)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(shù)、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(lǐng)域的飛速發(fā)展，美國在超算領(lǐng)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(rèn)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(lǐng)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(yù)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(lǐng)域和尖端技術(shù)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(biāo)志。

美國喬治華盛頓大學(xué)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(lǐng)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(shè)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(lǐng)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(biāo)：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(shù)和用于數(shù)據(jù)分析計算的技術(shù)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(shè)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(xué)的國家超級運算應(yīng)用中心、橡樹嶺國家計算機科學(xué)研究中心等都在加緊研制“具有革命性”的下一代超級計算機。三是控制技術(shù)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(yīng)給外國頂尖的超級計算機項目。

未來超算領(lǐng)域可能出現(xiàn)多國交替領(lǐng)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(yù)報、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，世界各國對超級計算機的研發(fā)和應(yīng)用倍加關(guān)注。

上世紀(jì)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(jì)，尤其是最近10年，世界各國在超級計算機領(lǐng)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(dāng)年全球最強的超級計算機，引起國際社會的廣泛關(guān)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?jǐn)孬@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(lǐng)域的技術(shù)，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(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，不僅美國在超算領(lǐng)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(yù)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(shù)經(jīng)濟所信息化與網(wǎng)絡(luò)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?？梢娒绹哟罅藢ζ髽I(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(dǎo)致中美超算的技術(shù)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(shè)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(shè)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(dāng)然，雖然美國超算絕對性能排名下滑，但實際應(yīng)用水平依然領(lǐng)先。這一點未來如何變化，還有待觀察。