中美欧日展开“E级超算”大战

魏云峰

E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机，被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”。美国于6月8日宣布成功研制运算速度高达每秒20亿亿次的新一代超级计算机“顶点（Summit）”。凭借这台“当今世界最强大、最智能的超级计算机”，美国重新夺回失落5年之久的超算“世界第一”宝座。在外界对此热议不休的同时，处于超算研制竞赛第一集团的美国、中国、欧洲和日本却在潜心为运算速度达到每秒百亿亿次的E级超算展开更激烈的比拼，毕竟它才是“超算界的下一顶皇冠”。

美国超算重回世界第一

美国能源部下属橡树岭国家实验室在官网发布了新一代超级计算机“顶点”，并宣布它成为世界上最强大、最智能的科学超级计算机，超越了此前排名世界第一的中国“神威·太湖之光”。IBM首席执行官吉尼·罗曼提在接受采访时表示：“‘顶点的浮点运算速度峰值为每秒20亿亿次，比美国目前排名最高的‘泰坦强8倍。”美联社称，“顶点”的峰值速度比普通笔记本电脑快了100万倍，几乎是中国“神威·太湖之光”峰值速度的两倍，后者的运算速度为每秒12.5亿亿次。

美国能源部长里克·佩里说，“顶点”超算将给能源研究、科学发现、经济竞争力和国家安全带来深远影响。美能源部今年将启动遴选科学项目，申请使用“顶点”超算的科学项目已开始排队。此外，“顶点”还能整合人工智能（AI），寻找疾病的治疗新方法等。《麻省理工科技评论》杂志则说得更直白——“全世界的超级计算机都被用来进行研究和研制新武器。如果美国拥有最强大的超级计算机，美国的研究人员和武装部队就会具备更多的优势。”

值得注意的是，橡树岭国家实验室发布“顶点”超算的时间，恰逢新一期“全球超算500强”榜单6月发布之前。自2013年以来，中国超算一直牢牢占据着该排名榜的榜首位置，让美国倍感压力。美国总统特朗普上台后大幅削减科研经费，却对超算额外开恩，甚至还增加拨款，可见其重视程度。如今美国卡着时间节点，力求将“顶点”稳妥地送回“全球超算500强”榜首位置，也算是“用心良苦”。

中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长、国家超算济南中心主任张云泉说，对于美国新一代超算今年的反超，其实业内早有预期。他介绍说，鉴于中国当前运算速度最快的超算“神威·太湖之光”和“天河二号”最近几年都没有大幅升级的计划，因此预计美国“顶点”还将占据“全球超算500强”榜首一段时间。不过由于参与“全球超算500强”排名的超算是由企业和高校、研究所等自行申报，未来也不排除其他此前未公开的超算“异军突起”的可能。

E级超算时间表，中国领先

“神威·太湖之光”和“天河二号”没有升级计划，并不代表中国放弃了超算竞争，而是集中精力发展革命性的E级超算。在超算研制竞赛的无休止角逐中，“全球超算500强”的排名变化不过是“小插曲”，美国、中国、欧洲和日本都在以举国之力对E级超算进行攻关。

张云泉透露，美国同时上马了两个E级超算项目，其中一个走成熟路线，采用相对成熟的技术以节省时间，争夺最早研制出E级超算的“桂冠”，预计将在2021年发布;另一个项目则集中各种先进技术，不惜代价谋求在E级超算中的长期霸主地位。相比之下，欧洲和日本的E级超算推出时间相对落后，基本都在2022年之后。

按照中国的时间表，中国最早有望在2020年发布E级超算。目前中国同时启动了三大E级超算原型系统的研发，分别是国防科大和天津超算中心的“天河三号”、中科曙光的E级超算以及江南所和济南超算中心的“神威”E级超算。

张云泉表示，其中“天河三号”采取的技术路线与日欧类似，都是基于ARM构架处理器;中科曙光则选择了类似于美国主流超算的CPU+GPU技术路线;“神威”采用的是众核异构体系。“中国这三大项目囊括了当今世界E级超算的三大技术流派，而且核心处理器都是国产的。它们将相继发布用于技术验证的E级超算原型机，未来中国将同步推出至少两个、甚至三个E级超算。”

必须承认的是，各国在E级超算项目上的激烈竞争，恰恰也说明了其研制的难度之高。张云泉介绍说，E级超算不但运算速度超过每秒百亿亿次，而且对于其能耗、可靠性以及开发百亿亿次级应用程序等方面都有严苛的要求，因此被称为“超算界的下一顶皇冠”。

美国对“顶点”的介绍中突出了它与AI的相关应用。张云泉表示，科学界在超算的研制中，发现它与AI有天然的密切联系，尤其是在基本架构等方面与当前AI采用的技术颇有共通之处，因此“超算+AI”也被视为未来超算应用的重要发展路径，例如依托超算和人工智能的智慧城市，或许将成为现实。

超算对运算速度的追求没有止境吗？这样高速的超算到底用在什么地方？张云泉说，必须要承认，超算的性能是永远不够用的，在材料科学、物理、化学、生物、能源、太空等很多领域，超算应用只能“委屈”地降低精度要求、规模要求来配套现有超算的性能。事实上，不但那些高精尖领域离不开超算，如今我们生活也与超算有越来越紧密的联系，例如手机收到的精准天气预报就有超算的功劳，甚至动画片的渲染也大量采用超算协助。据介绍，“天河二号”参与过上百部动画的渲染与特效制作，其中就有大家熟知的《熊出没》。

张云泉提醒说，总体而言，虽然中国超算的硬件方面已取得诸多成就，但在超算的应用领域仍与美国有较大差距。尽管我们的超算在许多大型科学计算方面已有更多应用，但在其广度和深度、特别是商业化开发领域，仍存在诸多不足。这也是中国超算未来发展必须要解决的一个问题。此外，超算是一个交叉学科，由计算机科学、计算数学、行业应用领域应用知识三方面构成，对人才要求非常高。目前国家对相关人才的需求很大，但实际数量远远不足。

数量决定成果

不过，据美国《纽约时报》6月发布的新一期“全球超算500强”榜单，在超级计算机前500名上，我国已经远远超出了美国，并且在整个TOP500榜单上占据了足足206位，总占比高达41%，不但超过了美国的25%，也超过其他国家的34%。

众所周知，超级计算机的作用非常大，在社会各行各业中都有极大的作用，“E級超算将在解决人类共同面临的能源危机、污染和气候变化等重大问题上发挥巨大作用。”张云泉说。

更为重要的是，尤其是在新一代的武器研发和科研项目上，超级计算机几乎决定了整个项目的进度。就目前来看，超级计算机的数量几乎决定了一个国家的科研成果。

而在今年的榜单中，我国拥有了206台超级电脑，比去年多出40台，而在2019年和2020年我国的几款百亿亿级计算机投入使用以后，我国还能占据更多的名额。

随着新一代先进超级计算机的投入使用，我国在科研、前端技术方面无疑能远超其他国家，不过美国相对去年足足下降了40台，对其来说这自然不是什么好消息。

（综合摘编自《环球时报》、CHN强国网）