人工智能领域简报（2018年 第16期）——美国时隔六年重回榜首，中国超算如何前行

超算TOP500每年发布两次，我们国家的天河2号和太湖之光，分别六次和四次拿到冠军，一共十次，相当于连续五年占据了TOP500的冠军位置。

超级计算机“神威·太湖之光”

美国政府为此很着急。

之前由于奥巴马政府对超算不够重视，奥巴马只是在第二个任期快结束的时候才发布了一项总统令，加快超算研制的创新步伐。 而特朗普就任以后，却对超算极其重视，在砍掉了很多科学研究预算的情况下，超算的预算不但没砍，反而增加了。

几年前，美国部署了三台百P（相当于十亿亿次）量级的超级计算机，每秒的运算速度可以达到100P到200P左右，分别是Summit、Sierra、Aurora三台机器。目标有三个：第一当然是为美国的国家实验室研发世界领先的超级计算模拟系统，保持美国科学创新的领导地位；第二是希望保持美国在超级计算机研制上的技术优势和领先水平；第三就是希望把TOP500第一的位置夺回来。

为此美国大概拨款了5个亿美元的预算，计划在2018年年底推出第一台机器，重返Top500榜首。

但是美国终究无法继续容忍中国再霸占世界TOP500的冠军位置半年，将原来的计划提前了半年，于今年6月份就调整计划推出了Summit、Sierra两台机器，作为双保险争夺世界第一，Summit直接将峰值性能提升到200P，终于如愿夺回世界第一的位置，美国也松了一口气，重新找到老大的感觉。

其实，美国最早是想用峰值180P的Aurora来作为种子选手争夺世界第一的，但是由于英特尔负责研制的新Xeon Phil加速器无法按期完成，只好修改合同，直接去研发2021年完成的百亿亿次超级计算机A21。

美国超级计算机Summit

如果画一条中国超算的性能发展曲线的话，可以看到，中国的超算实际上是从一穷二白做起的。在2002年之前，TOP500上就没有中国的超算，或者说中国超算本身就很少。从2002年之后，经过15年的高速发展，中国超算的上榜数量，包括性能都是指数级增长，以旱地拔葱的方式一跃而起。

中国超算的跨越式发展

原来是美日欧三大集团瓜分世界超算TOP500的前三名，像马拉松一样，他们平稳地跑在第一方阵。而中国就属于从队尾直接冲到了第一方阵中的选手，我们超过了第三名的欧盟，超过了第二名的日本，最后又超过了美国，成为世界第一。15年的时间很不容易，从一穷二白到最后成为世界第一，中国超算机器的研发水平，现在确实是世界领先的，处在第一方阵的靠前水平。

中国超算走过了一条比较特殊的路，就是机器发展拉动应用需求，也就是说我们机器的水平是超过了应用需求的。这是一种政府主导的快速发展模式。这个路现在是比较成功的。我们机器发展比较快，也带动应用的水平快速提升。但是未来我们希望能够用5到10年的时间，把这种发展模式转变成应用需求来拉动机器发展，这样更科学更合理。这种发展模式，也是西方发达国家现在的发展模式。

现在来看，我们已经连续两年拿了戈登贝尔奖（编者注：该奖设立于1987年，主要颁发给高性能应用领域最杰出成就，通常会由当年TOP500排行名列前茅的计算机系统的应用获得），说明应用水平提高还是很快的！

中国团队获得戈登贝尔奖

近五年来，中国占据了TOP500的榜首，原因之一是我们的发展道路（机器发展拉动应用需求），但是也有运气成分，因为正好处在美日欧的低潮期。

在这五年里，美日欧的研制计划都比较弱。日本国内对于要不要拿TOP500世界第一也有一些分歧，结果日本国会没有拨款，所以日本的研发计划一再拖延。欧盟是因为它本身没有实力自己研制，只能购买美日等国的产品。美国是因为正好处在奥巴马政府不重视的时期，预算被调整，本身的研制周期也出了问题。

所以我们找到个空档，打了胜仗，这是难得遇到的历史机遇。

超算TOP500中美国与中国的份额对比

我们也面临很多的困扰，我们的机器发展比较快，但是相应的应用和软件研制这块有点滞后，没有完全跟上，可能有投资原因，还有各种人才培养周期的原因。但是现在我们也在积极的解决这些问题，后期国家对软件研发、对人才的培养都加大了投资力度。这些问题还需要5到10年的时间去解决，达到平衡状态。

而比这次Summit拿下冠军更值得关注的，我认为是新一代的百亿亿次竞争。

美国这次虽然拿了第一，但与中国的太湖之光所釆用的体系架构相比，并没有本质的区别。太湖之光的峰值是125P，美国的Summit是187P，没有量级上的性能差别。只是说由于Summit的投资力度大、研发时间晚，采用了新的工艺和技术，它的峰比太湖之光高一些，但是其在架构和技术上并没有拉开差距。

现在全球的各个国家又重视超算了，都在重新调整战略。新一代的百亿亿次竞争就会从2020年开始。到底哪个国家先做出来？

百亿亿次超级计算机的最大的问题就是功耗控制，需要在半导体工艺上有很大的突破，才有可能把功耗控制在30兆瓦左右。如果说功耗控制没有发生革命性的降低，以现在的技术去搭建的话，它的功耗可能会达到一百兆瓦，就没法用了。电费也太贵，1年的电费相当于十亿人民币。所以国际上的竞争就是看谁有本事在30兆瓦的功耗预算的前提下，能够造出百亿亿次超级计算机，这个是目前最大的挑战。

中美的超算竞争还将继续。

美国重回超算排名榜首的新闻发布后，很快有消息说，别担心，中国9月份就可以重回TOP500的榜首了。

这个绝对是谣言。中国至少在今年是不可能重回TOP500榜首的。美国会占据排行榜第一名的位置大概至少两年的时间，蝉联四次冠军是有可能的。

至于在2020年有没有可能？也许有可能。

我国的计划应该是在2020年左右，凭借百亿亿次超级计算机重新去夺回世界第一的位置。但是能不能夺回来，也很难说，因为美国、日本、欧盟也在强化研制下一代的超级计算机，他们都是计划在2021年左右推出，到底最后第一是谁还不一定。

作者：张云泉，中国科学院计算技术研究所 并行软件实验室主任，研究员，国家超算济南中心主任，国高性能计算机TOP100排行榜创始人和发布者，PAC大赛主要创始人。