【超算较量】美国时隔六年重回榜首，中国超算如何前行

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来源：知乎

作者：张云泉

【新智元导读】近日，国际组织TOP 500发布了全球超级计算机500强最新榜单，美国超算“顶点”夺冠。此前曾四连冠的中国“神威·太湖之光”位居亚军。不过，在上榜超算总数上，中国仍居第一。中科院计算机研究所并行软件实验室主任张云泉对此发表了一定的见解：对美国超算是如何反超中国、中国超算存在的问题以及中国超算的未来做出了分析。

美国超算Summit超过神威·太湖之光，在最新的全球超级计算机500强榜单中排名第一。

6月25日公布的超算TOP500的前十名

美国如何重返榜首

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

此前中国的超算如何夺得多次冠军？

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

中国的超算存在哪些问题？

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。

中国超算何时可以重夺榜首之位？

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。

本文经授权转载自知乎“如何看待美国超算 Summit 超过神威·太湖之光，在最新的全球超级计算机 500 强榜单中排名第一？”问题下“中国科普博览”的回答