美国宣布部署3台E级超算 中国日本欧洲紧锣密鼓研制 超算界的“下一顶皇冠”将落在谁家？

日本超算“京”曾连续4次登顶超算TOP500的中国“神威·太湖之光”美国宣布部署E级超算“前沿”（设计图）

今年3月18日，美国宣布拨款5亿美元建造首台百亿亿次超级计算机“极光”。时隔不到两个月，美能源部又在5月7日宣布，将拨款6亿美元建造第二台百亿亿次超级计算机——“前沿”，并称2021年交付时它有望成为世界上最强大的超算。

百亿亿次超算，又称E级超算，被公认为超级计算机界的“下一顶皇冠”。短时间内先后推出两个E级超算建造项目，据悉第三台E级超算也已在规划之中，这无疑凸显了美国对保持超算全球领先的高度重视。

超算被视为国家科技竞争力的重要指标，目前，美国、日本、欧洲都提出了E级超算研发计划，中国也提出了自己的研制计划。

计划 计算能力实现十倍超越

按计划，超算“前沿”将建在美能源部下属橡树岭国家实验室，浮点运算速度可达每秒150亿亿次。目前世界上最强大的超算是美国的“顶点”，其浮点运算速度为每秒14.35亿亿次，仅为“前沿”的十分之一。承建“前沿”的美国克雷公司首席执行官彼得·温加罗说，“前沿”的计算能力可达现今全球前160名超算的总和：“如果这个星球上每个人每秒计算一次，他们要6年才能做完‘前沿’1秒钟完成的工作。”

超威公司公布的资料显示，“前沿”的网络带宽是普通家庭互联网的2400万倍，足以在一秒钟内下载10万部高清电影。该系统将安装在美国能源部橡树岭国家实验室，实际占地面积将近700平方米，电缆长度达到145公里。

超级计算机都是耗电能手。“前沿”由100个机柜组成，每个机柜的额定功率为300千瓦，整个系统的功率超过30兆瓦。相比之下，“顶点”的功率为13兆瓦。事实上，“前沿”已经够省电了。它的计算速度超过“顶点”7倍，功率却不到其3倍。此外，6亿美元的预算也不算高，“顶点”的成本已经高达2.14亿美元。

美国 部署多台E级超算展雄心

从技术构架看，“前沿”与“极光”都采用克雷公司的超算系统“沙斯塔”，区别是二者分别采用了美国超威半导体公司和英特尔公司的中央处理器，这也反映出美国政府支持两大芯片巨头在超算领域展开竞争。

今年3月18日，美国宣布建造首台可实现每秒百亿亿次浮点运算的超级计算机“极光”，同样预计在2021年交付使用。“极光”将建在美国能源部下属阿尔贡国家实验室，采用英特尔专为融合人工智能技术和高性能计算而设计的一系列新技术。

美国在超算领域的雄心还远不止于此。据美能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室透露，能源部还申请了在该实验室部署美国第三台E级超算“酋长岩”，也计划拨款6亿美元，有望在2023年前交付。

据报道，美国早在 2015 年就提出了“国家战略计算推进计划”，目的是确保其高性能计算领先地位，力求在 2025 年前制造出世界上最快的E级超算。

应用 更好地支持人工智能计算

研发E级超算,目的并非单纯比拼运算速度，关键还在于应用，以解决国家面临的挑战性问题。

美国宣布建造的两台E级超算，最大的特点是能够更好地支持人工智能计算。超级计算机和人工智能结合正成为下一代高性能计算的重要方向。

美能源部和美国退伍军人事务部2017年合作推出一项针对退伍军人的精准医疗项目，旨在利用下一代人工智能和超算技术来提升退伍军人健康状况；美能源部下属的一个研究团队正使用“顶点”超级计算机，依靠仿真数据来训练人工智能神经网络以预警极端气候事件。美能源部长佩里说，E级超算“前沿”创纪录的计算性能将确保美国有能力在科学上引领世界，它将加速人工智能领域的创新，让美国研究者拥有世界级的数据和计算资源，“让下一批伟大的发明出现在美国”。

■深度

最速之争！国际“超算战”白热化

全球超算排名每年会以TOP500榜单形式公布排名两次，分别在6月和11月。目前以中美为代表的全球超算领域正处于你追我赶之中。

据报道，中美日欧都有自己的E级超算研制项目或计划。因此专家预计，未来全球超算500强榜单的榜首位置可能将出现多国交替占据的态势。美国近期虽然已宣布建造三台E级超算，但从长期来看这也未必能确保美国的计算能力持续保持全球领先。

中美你争我夺

美国凭借着进入半导体产业早，相关技术积累深厚，2013年之前几乎垄断超算冠军，不仅算力高超，就连超算的数量也占据绝对优势。不过近10年来，中国超算技术奋起直追，入围榜单的超算数量越来越多，还在2013年依靠“天河二号”拿下冠军宝座，直到2016年，才被另一台中国超算“神威·太湖之光”顶替，并保持两年之久。两者连续为中国占据了5年TOP500榜首，直到2018年6月，美国“顶点”超算夺冠并维持至今。

值得一提的是，虽然超算榜首易主，但中国超算整体水平正在持续上升。对比2018年6月和11月的TOP500 榜单可以发现，中国超算数量从206台增加到227台，占总数45%以上，创下新高。美国超算上榜总数为109台，不及中国一半，创历史新低，但美国超算在算力上继续保持优势，排名前 10 的超算中有5台来自美国。

欧日不甘示弱

随着数据分析和AI技术的计算需求越来越高，现有的超算能力终究会有“不够用”的一天，因此欧盟，日本和美国等都早早开始布局E级超算，试图达到每秒百亿亿次计算级别，全力争夺超级计算机界的“下一顶皇冠”。

早在2011年，欧盟就有提出过E级超算项目，但直到2017年才正式公布“欧洲高性能计算共同计划”，次年9月，成立相关部门负责该项目。欧盟将从参与的法国、德国、西班牙、意大利等13个国家中筹集10亿欧元建造欧洲高性能计算基础设施，希望于2023—2026 年完成，最终超越中美日等超算强国。

而日本最早在 2013 年底首次推出了E级超算计划，斥资超过10亿美元，由日本理化学研究所的计算科学研究机构（AICS）负责研制，预计2021—2022年发布，重新与中美竞争榜首。

中国将再次领先

为了巩固自己的地位，美国在2015年决定禁止英特尔向中国4家超算机构出售处理器，从而限制中国超算的发展。当时，排名第一的“天河二号”超算使用了数万颗英特尔处理器。

然而这不仅没有影响中国超算技术向前迈进，反而加快了相关芯片自主研发的脚步。禁售令发布一年后，不使用英特尔芯片的“神威·太湖之光”登顶2016年TOP500榜单并蝉联4次冠军。

去年10月22日，由中科曙光牵头的曙光E级原型机系统近日完成交付。至此，国家“十三五”高性能计算专项课题三个E级超算的原型机系统——神威E级原型机、“天河三号”E级原型机和曙光E级原型机系统全部完成交付。去年2月，《科学》杂志刊文指出，中国致力于在2020年底推出其首款E级超算。而科学家们评估，预计美国要到2021年才能建成首台E级超算，这意味着中国将再次领先。

本版文字综合新华社、中新、中广报道

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