為抗衡中國日益增強的超級計算能力 美國布局研發下一代百億億次級超級計算機

中國超級計算機「神威·太湖之光」和「天河二號」在超算領域異軍突起，其綜合能力已超越美國能源部全部21台超級計算機的能力總和。在主宰世界超級計算排行榜數十年後，美國如今處於落後地位，現正加緊布局推進下一代超級計算機的研發工作。

神威·太湖之光超級計算機是由國家並行計算機工程技術研究中心研製、安裝在國家超級計算無錫中心的超級計算機

美國在研的主要超級計算機項目

「頂峰」超級計算機。該項目由美國橡樹嶺國家實驗室負責推進，「頂峰」超級計算機的運算能力將是中國「神威·太湖之光」的2倍；在2018年夏投入運行時，「頂峰」將能進行每秒20億億次浮點運算。

「頂峰」超級計算機

美國首台百億億次級超算機A21。該計算機由阿貢國家實驗室負責研製，將成為美國首台運行速度達到每秒百億億次浮點運算的超級計算機，計劃於2021年研製完成。A21預計可以對從星系形成到燃燒氣體湍流的一切事物進行模擬，新澤西州普林斯頓等離子體物理實驗室的物理學家計劃使用A21來模擬聚變反應堆內部的等離子體物理過程。

轉變計劃加快研發速度

自2013年以來，中國一直是全世界最強超級計算機的擁有者，並有望在2020年推出首台百億億次級超級計算機。為應對這一挑戰，美國能源部最初採用了「雙路並進」的策略，資助研發2台超級計算機，作為通往百億億次級超級計算機的「踏腳石」。「頂峰」就是其中之一，其製造商IBM和英偉達公司致力於將CPU與圖形處理單元結合起來，這對於複雜視覺模擬計算來說可以加快速度並提高效率。與此同時，英特爾公司和克雷公司也在建造「頂峰」計算機的姊妹版——運行速度可達每秒18億億次的「極光」（Aurora）超級計算機。

但是，為加快研發速度，美國能源部在2017年秋調整發展策略，即放棄「極光」計劃，替換為發展A21超級計算機。A21具有獨特的體系結構，其設計重點在於減少在處理器之間進行遠距離數據傳輸的需求，因為這種過程極其耗能；A21需要25～30兆瓦功率，僅是「頂峰」的2倍左右。A21將是美國首台百億億次級超算機，可能使美國下一代超算能力提前2年實現。如果A21計劃按期完成，可使美國不至於落後中國太遠。

全球超級計算機競賽

2018年夏，在橡樹嶺國家實驗室組裝的「頂峰」超級計算機投入運行後，有望成為全世界最強計算機；根據中國2015年發布的「十三五規劃」，中國將在2020年年底前推出首台百億億次級超級計算機，比A21提前整整一年時間。中國建成首台百億億次級計算機後，可能會再次從美國手中奪回榜首位置；日本也計劃在位於神戶的RIKEN計算科學高級研究所組裝百億億次級機器，作為「京」超級計算機的繼任者，其交付可能會推遲到2021年或2022年；歐盟可能將在2021年跨過百億億次級超算門檻。但這些都不會是世界超級計算機競賽的終點，不管是美國、中國、日本還是歐盟，都會繼續開拓新疆域，從而在廣泛的科學學科、國防科技、工業技術和計算機產品領域保持競爭力。

來源：美國《科學》雜誌網站/圖片來自互聯網

軍事科學院軍事科學信息研究中心 馮雲皓

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