瞭望丨E级超算“抢位战”打响，中国胜算几何？

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原题《E级超算全球“抢位战”提速》

文丨《瞭望》新闻周刊记者毛振华

　　10年前，我国首台万万亿次超等较量机“河汉一号”一期系统研制成功，自此成为继美国之后第二个可以研制万万亿次超等较量机的国度，并于次年摘取世界运算速度最快的超算桂冠。

　　10年后，中国超算研发向着新一代百亿亿次超算（E级）挺进，接连有3台原型机降生，有望作为国度重大根蒂举措撑持科技立异飞跃。

　　而挑战也劈面而来。就在不久前，中科曙光、天津海光、成都海光集成电路、成都海光微电子手艺和无锡江南较量手艺研究所5家机构，被美国商务部加入所谓“实体清单”。中科曙光与江南较量手艺研究所恰是个中的两家E级超算原型机的研制方。

　　一场E级超算“抢位战”已经打响。

　　“这5家机构被美国加入所谓‘实体清单’既在料想之中，又在料想之外。”一位行业资深人士透露，料想之中在于中国超等较量机研制近年来加快成长，国际上中美竞争的款式已经形成，这似乎并不是有的国度进展看到的。有些不测的是，加入“实体清单”这一招来得这么快，并且照样统一批被加入，可见美方绝非一时之念。

　　据记者检索，中科曙光为中科院部下、..在天津的高新手艺企业，首要从事高机能较量机、办事器、存储产物斥地及软件、云较量、大数据办事买卖。天津海光成立于2014年，中科曙光是其最大股东。成都海光集成电路、成都海光微电子手艺则为天津海光控股子公司。海光系列公司笼盖了芯片设计、制造和发卖一整套环节。

　　其实在被加入“实体清单”之前，隐忧已起头展现。

　　本年6月初，美国AMD公司CEO苏姿丰就对外证实，AMD将不再向合资公司授权其新的x86相关产物，直接管影响的就是之前获得授权的天津海光等公司——2016年，AMD与天津海光签署手艺许可和谈，授权其x86和SoCIP用于芯片斥地。

　　在中科曙光系公司及江南较量手艺研究所上榜美国“实体清单”背后，是超等较量机范畴竞争的日趋白热化。6月17日至20日在德国举办的国际超算大会上，发布的最新超算TOP500排行榜上，来自中国的“神威·太湖之光”和“河汉二号”排列第三、第四位。排在榜首和第二位的，是美国的Summit（极点）和Sierra（山脊）。

　　在这份榜单中，中国入围的超算数量为219台，美国的数量是116台；机能上，美国超算整体运算能力达到38.5%，中国紧随厥后达到29.9%。早年四的排名亦可见，现在的全球超算已经呈现出中美竞争的局势。

　　针对中国超算所用零部件的“禁售令”，并非首次。

　　早在2015年，美国商务部在其发布的一份通知中透露，使用了两款英特尔微处理器芯片的中国“河汉二号”系统和此前的“河汉一号”系统被臆测用于军事目的。国度超算长沙中心、广州中心、天津中心和国防科技大学4家机构因之被加入美国芯片限售对象。

　　这给其时“河汉二号”升级带来必然影响，但因为国产自立零部件实时跟进，并未造成太大冲击。相反，“河汉二号”经由多次升级，耐久弥新，至今仍连结了在国际上的顶尖机能。

　　其时，“河汉一号”“河汉二号”上已有部门我国自立研制的高涨CPU小规模试用。据天津高涨信息手艺有限公司司理窦强介绍，今朝高涨最高机能的自立处理器为FT-2000+。基于高涨产物的整机系统已经在当局办公设备、企业办事器、电信交流机、云较量..等多个范畴推广应用。“我们将全利巴焦点要害手艺越做越强，起劲撑持国度信息平安。”窦强说。

　　成长到“神威·太湖之光”时，其已安装40960个中国自立研发的“申威26010”众核处理器，进一步实现了自立可控。运行中，自立系统软件、自立算法编纂不光实现了30年来我国在“戈登贝尔”奖零的冲破，并且一连有项目入围该奖项，慢慢构建起相对完美的应用生态。

　　在自立立异的撑持下，我国超算在应用中显现出了不俗实力。

　　在超算天津中心“河汉一号”机房里，本刊记者看到，140个黑色机柜分多列排开，指示灯有纪律地闪烁。中心应用研发部部长孟祥飞说，“河汉一号”天天并发在线较量义务数跨越1400项，做到了真正的“中看又顶用”。

　　“河汉一号”办事范畴普遍。在高端装备范畴，撑持海西服备、无人机等进行数值模拟；在生物医药范畴，撑持艾滋病、胰岛素等自立常识产权新药的研发并获得重大冲破；在新材料研发范畴，支撑200多个从事纳米、储能、超导等新材料的科研团队开展较量模拟研究。“今朝已累计支撑国度科技重大专项、国度重点研发规划等重大项目跨越1600项，取得国度级、省部级奖励功效等2000余项。”孟祥飞透露，依托“河汉一号”构建了油气勘探、工业设计与仿真等十余个专业化..，为近200家规模以上企业供应高质量立异办事，带来相关经济效益近百亿元。

　　“超算事业成长不克依靠别人，只有加速自立立异，才能走得更久远、更稳健。”国度超算天津中心主任刘光亮说。

　　近年来，新一代百亿亿次超算也就是E级超算，成为列国在超算范畴追逐的新方针。

　　美国能源部已托付英特尔和克雷公司，配合建造美国首台E级超算，交付时间在2021年摆布；欧盟和..成长E级超算的完成时间均设定在2020年前后。

　　“它将是现有超算机能上的一次伟大飞跃。”孟祥飞说，E级超算有望在天气科学、可再生能源、基因组学、天体物理学以及人工智能等范畴“大显身手”，协助解决今朝无法解决的难题，被公认为“超算界的下一顶皇冠”。

　　我国在E级超算范畴也有结构。2018年7月，自立研发的“河汉三号”E级原型机在天津中心完成研制布置，并经由验收，估计2021年摆布完成研制。届时运算能力将比“河汉一号”提高200倍以上，实现跨越式提拔。

　　在该项目实施中，我科研团队自立设计了三款芯片：“迈创”众核处理器（Matrix-2000+）、高速互连掌握器、互保持口掌握器；自立设计了四类较量、存储和办事结点，十余种印制电路板，焦点要害手艺上实现整体自立可控。

　　原型机系统研制成功后，天津中心立即启动了大规模的较量应用测试，用数据说话。孟祥飞说，测试涉及国度12个重大立异专项范畴、数十个国度重点研发规划，专挑硬骨头。在不到一个月的时间里，力学所、物理所、较量所等中科院旗下院所，以及中国空气动力研究与成长中心、北京临近空间航行器系统工程研究所、清华大学、西安交大等30余家合作单元单子轮替上阵，开展了一系列大规模并行应用测试，涉及大飞机、航天器、电磁仿真、新材料新能源、生物医药等范畴50余款自立研发高机能软件和大型开源软件。测试下的原型机实力不俗，仅6个机柜就达到了与“河汉一号”120个机柜相当的较量能力。

　　石油勘探是超算应用的首要范畴之一，超算称得上“找油”利器。在原型机上的石油勘探地动正演模拟测试表明，其较量节点中一个核组的机能就达到“河汉一号”单节点的1.24倍，而原型机每个节点由12个如许的核组构成，“找油”更快更准。

　　紧随厥后，神威E级原型机也在国度超算济南中心完成布置。中科曙光牵头的曙光E级原型机系统也已完成。

　　一些国度均将首台E级超算的推出时间设定在2020年至2022年。能够说，本年恰是E级超算研发的要害冲刺年。美国选择在此时将江南较量手艺研究所、中科曙光等加入所谓“实体清单”，既是对我国E级超算研发首要及相关单元单子的周全封闭，也为我后续研发设置了不小的障碍。

　　要想踏平坎坷，扫清进步中的障碍，离不开自立立异的加持。

　　从“银河”到“河汉”，历经40年立异锤炼和几代超算人不懈起劲，我国超算总体实力显著增加，但从全球局限看，尤其与美国比拟仍差距显着，首要施展在两方面：

　　一方面，芯片的差距首要来自加工工艺、多样性设计与设计优化方面的差距，这受限于各类功能材料、高端加工装备、研发设计范畴人才和经验储蓄；另一方面，软手艺方面的差距，首要是容身于行业的各类高机能应用软件的斥地以及应用人才，稀奇是交叉型应用人才在规模和水平上的差距。

　　固然如斯，跟着高质量成长的周全推进，大数据运用、新一代人工智能成长，都离不开超等较量机。发力研发E级超算，正逢当时。

　　受访的业内子士透露，无论风云若何幻化，E级超算作为科研根蒂装备，研发不克阻滞，反而要加速措施，在焦点的芯片、架构、把持系统等范畴对峙自立立异，聚力攻关。

　　在国度宏观规划层面，可索求竖立以能供应低、中、高机能的多条理高机能较量框架为方针，形成可有效撑持分歧需求而且笼盖全国局限的高机能较量根蒂举措。

　　高机能较量尤其是E级超算的比拼，是国与国之间综合国力的直接角力，若何将有限的资金用在刀刃上，是列国面临的共性难题。国防科技大学研究员杨灿群等专家建议，可在高机能较量的尖端范畴奋起起劲，争夺更大冲破。同时在普及型高机能较量设备的研制及生产方面赐与同样的存眷及投入，从而为科研应用、制造业仿真等诸多范畴构建焦点竞争力。同时我国要加大高机能较量生态系统扶植，实现芯片、软件、应用的周全成长。

　　孟祥飞说，应用软件如同给超算插上一双同党，具备飞得更高的能力。可由科研单元单子与需求方一道，配合有针对性开展应用软件研发，为中国科研及财富立异供应强有力撑持。LW

附文：

超算之路道阻且长

文丨杨柳春 贾宝余

　　超算在一个国度科技实力中占有主要地位。当前中国正处于财富构造升级的要害阶段，作为科技立异焦点竞争力之一，超算行业面临着周全成长的计谋时机，但挑战也更为严重。

　　一方面，受制于信息手艺财富整体水平，我国商用超算系统的焦点手艺冲破的面还不敷宽；另一方面，尽管我国在自立可控的超算系统研发方面取得长足的提高，但研发的一次性工程（NRE）费用较高，财富成长可持续性方面需做更多索求。并且，高机能较量的焦点手艺并非中国首创，我们是手艺的追随者。

　　与国外厂商比拟，国内科研机构、企业的研发往往是在多数单点手艺长进行跟踪和冲破，好多主要应用需要采购国外昂贵的贸易软件。

　　现有国度项目的组织机制和治理方式以中短期的项目帮助模式为主，强调单点应用或手艺冲破，缺乏全局生态情况的顶层设计和财富化持续造血能力，导致项目竣事后，超算系统和应用的后续迭代投入和财富化推广面临逆境。整体看，近10年来，国内超算生态情况扶植对峙民众性办事..的属性取得了丰硕功效，削减了由处所、行业或许企业自建超算中心而造成的资源反复投入的毛病，但应用软件斥地不足仍是最微弱的环节。

　　今朝，我国大型科学较量的应用软件根基上依靠进口。一些国度重大行业企业研发了部门应用软件系统，但多数停留于自研自用，贫乏响应的财富化工作，贸易推广应用能力不足，较难被行业更多用户承认。我国超算经费用于应用软件斥地的还不到10%，约为美国的1/6。补齐软件短板的要害是人才，但今朝能培育高机能较量软件人才的大学很少。

　　另一个微弱环节是企业应用。美国公司的超算系统规模是中国公司的10倍多。例如，汽车行业的通用、克莱斯勒等公司，每家都有10多个超算系统；英国石油公司（BP）也有世界上最大的工业用超等较量机。而在我国，使用高机能较量机较多的是百度、阿里巴巴、腾讯等收集办事公司，在制造业的应用规模较小。只有经由企业的工业化设计，采用尺度化组件和Scaledown手艺，才能使小规模的高机能较量机具有很高的性价比，经由批量发卖笼盖NRE成本，使国度科研投入获得较高回报。是以，我国超算手艺研发应该连系财富和用户急迫需求进行结构，对峙手艺立异与财富化连系，对峙设计与斥地一流品质的产物，肩负起超算财富市场推广和财富辐射的重任，让超算更多造福于社会。

　　经由40年的立异成长，我国超算正在从以当局主导的机械研制带动应用成长阶段，进入以应用需求引领系统研制的阶段。超等较量能力只有实际应用于科研与财富，切实鞭策科技立异，提拔工程设计和科学熟悉水平，才能实现其焦点价格。是以，我国超等较量能力的提拔，亟需从根蒂研究、手艺冲破、产物研发到应用推广的协作有效运行。以应用为牵引、以解决实际需求为导向，应是我国超算进一步成长的根基起点。

　　从这一方针出发，成长超算应留意以下问题：

　　一是国度在放置高机能较量重大科研工程义务时，应同时正视根蒂性的研究，例如厘革性系统构造和推翻性器件研究，如新型存储器件，超导、量子、光子器件等，以及几种器件的跨界协同设计。降低功耗的手艺冲破应摆在最优先的位置。

　　二是要抓住新型超等较量机的计谋时机，从“尺度追随”改变为“尺度主导”，正视新型超等较量机系统的评估系统扶植，正视根蒂和骨干的手艺立异，从而有机会引领财富成长。

　　三是成长超等较量机必然要有国度计谋导向以及计谋中的挑战问题导向。在研制之前，应用部门要把急需解决的挑战问题以基准测试尺度（Benchmarks）的体式明确提出来，以可审核的应用机能指标来评价正在研制的较量机，这也便于超算的后续应用和财富化推广。

　　四是超算行业应起劲构建一个涵盖系统硬件、系统软件、斥地对象、应用软件包罗人才部队的生态情况。

　　今朝我国在超算系统建造手艺方面已居世界前列，但超算财富手艺复杂、研制周期长、投资伟大、介入部门多、辐射面广，需要多方协同扶植进步的超算生态情况，并在体系机制方面加速立异索求。

　　五是国度超算中心扶植应各具特色，各有偏重。今朝我国已经扶植了深圳、天津、无锡、长沙、广州和济南6个国度超等较量中心，应鼓励把现有的超算中心扶植成为各具特色、聚焦于分歧学科范畴的合作交流..、人才培育..和应用斥地..，形成科技立异带动的财富化集群中心，更多地办事于区域财富构造升级。

　　此外，国度应该鼓励高校和企业合作，积极拓展多种形式的学术界和财富界人才培育模式，增强国表里人才交流合作。

　　当下，超等较量手艺已成为解决国度成长面临的重大挑战性问题和科技立异的必备对象，较量科学范畴也正从传统的较量模拟与数字仿真走向基于大数据相关性剖析的科学发现和研究，而人工智能的冲破恰是竖立在较量能力突飞大进和深度进修算法日益成熟的根蒂上。是以，高机能较量机尤其是智能超等较量机的研制成为科技立异竞争的制高点和大国博弈的主要范畴。

　　美、日等国遍及估计2020～2021年，百亿亿次的E级超等较量机将登上汗青舞台，并对此早有结构。我国的“河汉”“神威”曙光以及联想等公司也都在积极研发超算手艺。但比拟美国历久在系统研制、较量应用、超算办事等方面的领先优势，要想在焦点手艺首创方面有所冲破，我国还有很长的路要走。LW

刊于《瞭望》2019年第28期