「超算較量」美國時隔六年重回榜首，中國超算如何前行

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來源：知乎

作者：張雲泉

【新智元導讀】近日，國際組織TOP 500發布了全球超級計算機500強最新榜單，美國超算「頂點」奪冠。此前曾四連冠的中國「神威·太湖之光」位居亞軍。不過，在上榜超算總數上，中國仍居第一。中科院計算機研究所並行軟體實驗室主任張雲泉對此發表了一定的見解：對美國超算是如何反超中國、中國超算存在的問題以及中國超算的未來做出了分析。

美國超算Summit超過神威·太湖之光，在最新的全球超級計算機500強榜單中排名第一。

6月25日公布的超算TOP500的前十名

美國如何重返榜首

超算TOP500每年發布兩次，我們國家的天河2號和太湖之光，分別六次和四次拿到冠軍，一共十次，相當於連續五年佔據了TOP500的冠軍位置。

超級計算機「神威·太湖之光」

美國政府為此很著急。

之前由於奧巴馬政府對超算不夠重視，奧巴馬只是在第二個任期快結束的時候才發布了一項總統令，加快超算研製的創新步伐。 而特朗普就任以後，卻對超算極其重視，在砍掉了很多科學研究預算的情況下，超算的預算不但沒砍，反而增加了。

幾年前，美國部署了三台百P（相當於十億億次）量級的超級計算機，每秒的運算速度可以達到100P到200P左右，分別是Summit、Sierra、Aurora三台機器。目標有三個：第一當然是為美國的國家實驗室研發世界領先的超級計算模擬系統，保持美國科學創新的領導地位；第二是希望保持美國在超級計算機研製上的技術優勢和領先水平；第三就是希望把TOP500第一的位置奪回來。

為此美國大概撥款了5個億美元的預算，計劃在2018年年底推出第一台機器，重返Top500榜首。

但是美國終究無法繼續容忍中國再霸佔世界TOP500的冠軍位置半年，將原來的計劃提前了半年，於今年6月份就調整計劃推出了Summit、Sierra兩台機器，作為雙保險爭奪世界第一，Summit直接將峰值性能提升到200P，終於如願奪回世界第一的位置，美國也鬆了一口氣，重新找到老大的感覺。

其實，美國最早是想用峰值180P的Aurora來作為種子選手爭奪世界第一的，但是由於英特爾負責研製的新Xeon Phil加速器無法按期完成，只好修改合同，直接去研發2021年完成的百億億次超級計算機A21。

美國超級計算機Summit

此前中國的超算如何奪得多次冠軍？

如果畫一條中國超算的性能發展曲線的話，可以看到，中國的超算實際上是從一窮二白做起的。在2002年之前，TOP500上就沒有中國的超算，或者說中國超算本身就很少。從2002年之後，經過15年的高速發展，中國超算的上榜數量，包括性能都是指數級增長，以旱地拔蔥的方式一躍而起。

中國超算的跨越式發展

原來是美日歐三大集團瓜分世界超算TOP500的前三名，像馬拉松一樣，他們平穩地跑在第一方陣。而中國就屬於從隊尾直接衝到了第一方陣中的選手，我們超過了第三名的歐盟，超過了第二名的日本，最後又超過了美國，成為世界第一。15年的時間很不容易，從一窮二白到最後成為世界第一，中國超算機器的研發水平，現在確實是世界領先的，處在第一方陣的靠前水平。

中國超算走過了一條比較特殊的路，就是機器發展拉動應用需求，也就是說我們機器的水平是超過了應用需求的。這是一種政府主導的快速發展模式。這個路現在是比較成功的。我們機器發展比較快，也帶動應用的水平快速提升。但是未來我們希望能夠用5到10年的時間，把這種發展模式轉變成應用需求來拉動機器發展，這樣更科學更合理。這種發展模式，也是西方發達國家現在的發展模式。

現在來看，我們已經連續兩年拿了戈登貝爾獎（編者註：該獎設立於1987年，主要頒發給高性能應用領域最傑出成就，通常會由當年TOP500排行名列前茅的計算機系統的應用獲得），說明應用水平提高還是很快的！

中國團隊獲得戈登貝爾獎

近五年來，中國佔據了TOP500的榜首，原因之一是我們的發展道路（機器發展拉動應用需求），但是也有運氣成分，因為正好處在美日歐的低潮期。

在這五年里，美日歐的研製計劃都比較弱。日本國內對於要不要拿TOP500世界第一也有一些分歧，結果日本國會沒有撥款，所以日本的研發計劃一再拖延。歐盟是因為它本身沒有實力自己研製，只能購買美日等國的產品。美國是因為正好處在奧巴馬政府不重視的時期，預算被調整，本身的研製周期也出了問題。

所以我們找到個空檔，打了勝仗，這是難得遇到的歷史機遇。

超算TOP500中美國與中國的份額對比

中國的超算存在哪些問題？

我們也面臨很多的困擾，我們的機器發展比較快，但是相應的應用和軟體研製這塊有點滯後，沒有完全跟上，可能有投資原因，還有各種人才培養周期的原因。但是現在我們也在積極的解決這些問題，後期國家對軟體研發、對人才的培養都加大了投資力度。這些問題還需要5到10年的時間去解決，達到平衡狀態。

而比這次Summit拿下冠軍更值得關注的，我認為是新一代的百億億次競爭。

美國這次雖然拿了第一，但與中國的太湖之光所釆用的體系架構相比，並沒有本質的區別。太湖之光的峰值是125P，美國的Summit是187P，沒有量級上的性能差別。只是說由於Summit的投資力度大、研發時間晚，採用了新的工藝和技術，它的峰比太湖之光高一些，但是其在架構和技術上並沒有拉開差距。

現在全球的各個國家又重視超算了，都在重新調整戰略。新一代的百億億次競爭就會從2020年開始。到底哪個國家先做出來？

百億億次超級計算機的最大的問題就是功耗控制，需要在半導體工藝上有很大的突破，才有可能把功耗控制在30兆瓦左右。如果說功耗控制沒有發生革命性的降低，以現在的技術去搭建的話，它的功耗可能會達到一百兆瓦，就沒法用了。電費也太貴，1年的電費相當於十億人民幣。所以國際上的競爭就是看誰有本事在30兆瓦的功耗預算的前提下，能夠造出百億億次超級計算機，這個是目前最大的挑戰。

中美的超算競爭還將繼續。

中國超算何時可以重奪榜首之位？

美國重回超算排名榜首的新聞發布後，很快有消息說，別擔心，中國9月份就可以重回TOP500的榜首了。

這個絕對是謠言。中國至少在今年是不可能重回TOP500榜首的。美國會佔據排行榜第一名的位置大概至少兩年的時間，蟬聯四次冠軍是有可能的。

至於在2020年有沒有可能？也許有可能。

我國的計劃應該是在2020年左右，憑藉百億億次超級計算機重新去奪回世界第一的位置。但是能不能奪回來，也很難說，因為美國、日本、歐盟也在強化研製下一代的超級計算機，他們都是計劃在2021年左右推出，到底最後第一是誰還不一定。

作者：張雲泉，中國科學院計算技術研究所 並行軟體實驗室主任，研究員，國家超算濟南中心主任，國高性能計算機TOP100排行榜創始人和發布者，PAC大賽主要創始人。

本文經授權轉載自知乎「如何看待美國超算 Summit 超過神威·太湖之光，在最新的全球超級計算機 500 強榜單中排名第一？」問題下「中國科普博覽」的回答，請點擊閱讀原文查看原答案。

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