全球50%以上份額被包攬，中美超級(jí)計(jì)算的競(jìng)賽之路

中國已經(jīng)成為全球擁有最多超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。根據(jù)上周發(fā)布的一份最新榜單，全球排名前500強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)中，有206臺(tái)是中國研制的；而美國僅擁有124臺(tái)。

多年來，美國長期主導(dǎo)著超級(jí)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，不過兩年前，中國開始進(jìn)入中國超級(jí)計(jì)算機(jī)前500榜單。從去年秋天開始，中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的制造開始發(fā)力，最新的榜單顯示，中國的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

中美包攬全球五大超級(jí)計(jì)算機(jī)廠商

根據(jù)全球超算500強(qiáng)榜單，目前超級(jí)計(jì)算機(jī)廠商排名前五的分別是聯(lián)想、惠普、浪潮、Cray和曙光，中國占三家，美國占兩家；市場(chǎng)份額依次為23.8%、15.8%、13.6%、11.2%、11%。作為世界高性能計(jì)算領(lǐng)域規(guī)模最大的權(quán)威會(huì)議之一，國際高性能計(jì)算大會(huì)每半年公布一次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500榜單。

擁有研制超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力被視作是一個(gè)國家科技實(shí)力的最好展現(xiàn)，因此也成為大國角力的擂臺(tái)，競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化。然而強(qiáng)國大手筆投入打造的超級(jí)計(jì)算機(jī)過去大多用于國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室來支持政府項(xiàng)目，比如模擬核爆炸或者氣象變化，使用范圍并不廣，因此也迎來詬病。

芝加哥大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授趙燕斌對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“超級(jí)計(jì)算機(jī)的象征意義大于實(shí)際。它能做的事情非常有限，更多是大國用來比拼國力的手段。超級(jí)計(jì)算機(jī)能完成的任務(wù)，現(xiàn)在依靠數(shù)據(jù)中心都能完成，而且速度還比超級(jí)計(jì)算機(jī)快?！睋?jù)了解，谷歌和Facebook已經(jīng)在全球很多地方建立了這樣的數(shù)據(jù)中心，并且投入上億美元資金來維護(hù)運(yùn)營。

盡管超級(jí)計(jì)算機(jī)是非常小眾的技術(shù)，但高性能計(jì)算是現(xiàn)代科學(xué)的基石，它讓研究人員能夠模擬并預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)世界中可能發(fā)生的情況?，F(xiàn)在全球頂尖的500臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)當(dāng)中有一半用于企業(yè)項(xiàng)目，越來越多的科研領(lǐng)域也開始廣泛部署超級(jí)計(jì)算機(jī)，比如醫(yī)藥、新材料和能源技術(shù)等。

天文學(xué)家計(jì)劃用它模擬超新星爆發(fā)，研究宇宙中重金屬元素的形成；材料科學(xué)家也能在原子層面模擬材料性質(zhì)，找到超導(dǎo)體等新材料；在人工智能和醫(yī)療的交叉領(lǐng)域，醫(yī)生可以用它分析蛋白質(zhì)和細(xì)胞功能，從而預(yù)防阿爾茨海默綜合征和心臟病等。

中國十年前就開始布局超級(jí)計(jì)算機(jī)，一開始吸收了國外的先進(jìn)技術(shù)，不過現(xiàn)在已經(jīng)開始大規(guī)模采用國內(nèi)研發(fā)的技術(shù)。俄勒岡大學(xué)中國科學(xué)政策專家Richard Suttmeier教授表示：“高性能計(jì)算項(xiàng)目為中國的人工智能以及量子計(jì)算等領(lǐng)域提供了藍(lán)圖，人工智能和量子計(jì)算是技術(shù)的下一個(gè)前沿，將決定國家的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)?！?/p>

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Hyperion Research的數(shù)據(jù)，到2022年，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)有望較2017年的規(guī)模翻番，達(dá)到95億美元。該機(jī)構(gòu)將價(jià)值在50萬美元以上的計(jì)算機(jī)定義為超級(jí)計(jì)算機(jī)。

全球最大的AI超級(jí)計(jì)算機(jī)面世

盡管中國在擁有超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量上占優(yōu)，但目前全球速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)為美國所擁有。上個(gè)月，美國能源部發(fā)布了由IBM和英偉達(dá)最新合作研制成功的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit，計(jì)算能力打破了此前由中國神威·太湖之光保持的超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的冠軍紀(jì)錄。

Summit目前為位于田納西的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）使用。這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)耗資2億美元打造，大小足足好比兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)。英偉達(dá)CEO黃仁勛表示：“Summit是計(jì)算機(jī)的新物種，是全球最大的人工智能超級(jí)計(jì)算機(jī)，是一臺(tái)能夠自主學(xué)習(xí)的機(jī)器。從此軟件自己可以寫出人類無法寫出的軟件。”

Summit能夠解決目前機(jī)器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能應(yīng)用的性能瓶頸，測(cè)試時(shí)使用的程序包括海量的報(bào)告和醫(yī)療影像，以發(fā)現(xiàn)基因和癌癥的關(guān)系。IBMCEORometty表示：“現(xiàn)在它能幫助科學(xué)家一天完成實(shí)驗(yàn)，找到癌癥的新化合物和新療法，而在過去，可能要耗費(fèi)27年至1萬多年的時(shí)間?！?/p>

通過人工智能和高性能計(jì)算的結(jié)合，研究人員能夠從數(shù)據(jù)中獲得洞察，并加速科學(xué)探索的進(jìn)程?！皩?duì)于我們來說，最在意的不僅是它頂尖的性能本身，而是我們可以利用Summit進(jìn)行科學(xué)研究?！泵绹饦鋷X國家計(jì)算科學(xué)中心科學(xué)計(jì)算組負(fù)責(zé)人Tjerk Straatsma表示。

有了更強(qiáng)的計(jì)算能力，研究人員就能夠解決更大、更具挑戰(zhàn)性的問題，執(zhí)行更精準(zhǔn)的仿真，并做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。Straatsma說道：“例如，研究人員計(jì)劃借助Summit打造一個(gè)項(xiàng)目，旨在預(yù)測(cè)氣候變化的長期影響。其他應(yīng)用還包括加速新藥開發(fā)、提高植物燃料成本效益，或助力清潔的混合能源廣泛使用等?！?/p>

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)布后，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的Sierra和日本的ABCI（AIBridgingCloudInfrastructure）也將緊隨其后。黃仁勛表示：“對(duì)英偉達(dá)來說，這只是個(gè)開始。Summit當(dāng)中使用的計(jì)算機(jī)架構(gòu)未來將廣泛用于計(jì)算機(jī)的研制，這將是一個(gè)幾十億美元的市場(chǎng)?！?/p>

計(jì)算機(jī)限制了我們的想象力嗎

目前，研究人員已經(jīng)開始著手解決下一代計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)——研制E級(jí)超算（百億億級(jí)）的超級(jí)計(jì)算機(jī)。“從現(xiàn)在開始，我們啟程攀向下一座高峰?！秉S仁勛表示。美國的目標(biāo)是在2021年至2023年之間造出至少一臺(tái)“百億億級(jí)”的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

而中國、歐盟、日本在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)力，或許也會(huì)對(duì)Summit榜首的寶座構(gòu)成威脅。此前憑借神威·太湖之光，中國兩度拿下國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)。

5月17日在天津舉辦的第二屆世界智能大會(huì)上，國家超算天津中心就首次展示了有望達(dá)到E級(jí)超算水平的“天河三號(hào)”原機(jī)型。根據(jù)國家“十三五”高性能計(jì)算專項(xiàng)課題的公示，由中科曙光、國防科技大學(xué)和國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心牽頭的E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)有望于2020年建成。

中國的E級(jí)超算項(xiàng)目的核心技術(shù)將完全采用自主技術(shù)，包括核心處理器和基礎(chǔ)軟件。中國已經(jīng)擁有6個(gè)超級(jí)計(jì)算中心，構(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境到應(yīng)用平臺(tái)的完善的生態(tài)鏈。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高性能計(jì)算”重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組組長錢德沛教授表示：“中國過去在一些先進(jìn)的硬件技術(shù)方面還落后于美國，但近年來我們已經(jīng)越來越多地開始使用自主研發(fā)的芯片。現(xiàn)在軟件是我們最需要攻克的難點(diǎn)，這還有待時(shí)日。”

總體而言，軟件對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)工程師來說是一大挑戰(zhàn)。過去衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算性能主要取決于它的計(jì)算能力，但是隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)越來越多地被用來編寫用人工智能處理大量數(shù)據(jù)的軟件，在軟件應(yīng)用中處理數(shù)據(jù)的速度通常比純粹的計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度更為重要。

為此，田納西大學(xué)發(fā)布了一份基于另一個(gè)指標(biāo)——軟件應(yīng)用中的數(shù)據(jù)處理速度的超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單，Summit在這份榜單中同樣居于榜首，而中國神威·太湖之光的排名滑落到了第六位。

不過，中國在軟件方面也在迎頭趕上。美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室副主任RickStevens表示：“中國國家計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心和美國的驚人的接近。中國的國家政策長期利好技術(shù)發(fā)展，超級(jí)計(jì)算機(jī)只是其中的一部分?！?/p>

在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)的同時(shí)，有專家呼吁人類更多地去使用自己的大腦。約翰霍普金斯大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授艾倫·尤爾（Alan Yuille）對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“個(gè)人而言，我并不認(rèn)為計(jì)算機(jī)能夠解決大部分的問題，相反過分強(qiáng)大的計(jì)算能力會(huì)限制人們的想象力。我曾在參觀MIT計(jì)算機(jī)中心的時(shí)候，就說我們應(yīng)該把所有的計(jì)算機(jī)關(guān)閉一周，這樣人們才能停下來用大腦來思考?！?/p>