從新一期超算榜單展望全球超算發展格局

新華社華盛頓11月18日電新聞分析：從新一期超算榜單展望全球超算發展格局

新華社記者周舟

新一期全球超級電腦500強榜單18日在美國丹佛發佈。美國繼續在運算速度上領跑，中國繼續擴大上榜數量優勢，在總算力上與美國進一步縮小差距。從榜單內外可以看出未來全球超算領域的發展趨勢。

全球格局穩中蘊變

與今年6月在德國法蘭克福發佈的上期榜單相比，全球超算格局變化不大。美國的"頂點"和"山脊"再次拿下榜單冠亞軍，中國的"神威·太湖之光"和"天河二號"仍然分列三四位。中國境內超算上榜數量連續五次蟬聯第一，並繼續擴大優勢，從半年前的219台增加到228台。從總算力來看，中國超算占比32.3%，與美國差距從半年前的8.5%減小至4.8%。此外，中國企業聯想、中科曙光和浪潮依然佔據全球超算製造商前三位。

中美兩國在超算領域你追我趕的態勢已持續數年。中國的"神威·太湖之光"曾多次奪得冠軍，美國"頂點"在2018年6月首次登頂後已連續四次奪冠，但是比"神威·太湖之光"的運算速度優勢並未進一步擴大。

全球超算格局雖然近來總體穩定，但未來可能因E級超算而變化。E級超算即百億億次超算，被公認為"超級電腦界的下一頂皇冠"。從"頂點"的每秒近15億億次浮點運算速度到百億億次，這中間有相當大的發展空間，到E級超算實現時，可能會出現全新的榜單。

美國對此高度重視，在E級超算佈局上追求"多重保險"，近期相繼宣佈建造"極光""前沿"和"酋長岩"三台E級超算，交付時間預計為2021年至2023年。

中國也在部署E級超算領域的"三連發"。中國自主研發的E級超算"天河三號"原型機2018年7月以來已開放應用，"天河三號"有望于2020年研製成功。神威E級原型機和曙光E級原型機系統也已完成交付。

中國仍面臨挑戰

從上榜數量和性能上看，中國已躋身超算大國之列；但是如果把超算"拆"開來看，中國超算發展還面臨諸多挑戰。

首先，在電腦晶片研製方面美國公司仍佔據絕對優勢，排前兩位的"頂點"和"山脊"均使用了國際商用機器(IBM)公司生產的Power9中央處理器。從市場佔有率來看，英特爾公司仍是中央處理器領域的"霸主"，本期超算500強榜單中約94%都使用了英特爾"至強"或"至強融核"處理器。

"神威·太湖之光"因使用中國自主研發的"申威"晶片而備受矚目，但更多中國企業建造的超算仍使用英特爾晶片，改變這種局面有很長的路要走。

其次，超算軟體發展能力滯後限制了中國超算系統使用效率和應用水準。有業內人士認為，科學或工程上大規模研究使用的系統才能叫超算系統。美國許多超算系統直接部署在大學或國家實驗室等機構。例如，今年6月首次上榜就排進前五的美國超算"弗龍特拉"被譽為全球最強大超級學術電腦，部署在德克薩斯大學奧斯丁分校，已被用於模擬中子星撞擊和腦腫瘤研究等領域。

中國提交的一些超算系統曾被認為是互聯網資料中心，應用面較狹窄。但是近來這種情況已有所改觀，基於"神威·太湖之光"的兩項應用"千萬核可擴展全球大氣動力學全隱式模擬""非線性地震類比"分別於2016年和2017年獲得高性能計算應用領域全球最高獎項--戈登貝爾獎，展現了中國在高性能計算應用領域的強勁發展勢頭。

量子計算能否改變賽道

穀歌公司團隊今年10月宣佈成功演示"量子霸權"，稱其開發的一個量子計算系統花費約200秒完成傳統超算需要1萬年才能完成的計算任務。這給傳統超算領域帶來不小衝擊，有人擔心量子計算或將開闢"新戰場"，改變超算競爭賽道。

但IBM公司研究人員質疑谷歌宣稱的結果，他們認為傳統超算系統用2.5天就可高保真地完成同樣任務，還可能更快。IBM團隊認為，從實際應用角度，量子計算永遠不會完全取代傳統超算，兩者各有所長，將協同工作。穀歌團隊也承認，全面發揮量子計算的能力需要設計出具有容錯能力的邏輯量子比特，還需多方面技術飛躍。

美國國家科學、工程和醫學學院去年年底發佈一份報告稱，鑒於量子計算當前的狀態和仍需應對的巨大挑戰，10年內"極不可能"出現能夠威脅"公開金鑰加密"的量子電腦，而"公開金鑰加密"是當今電腦安全和網路安全的重要基礎。

谷歌首席執行官孫達爾·皮柴此前也表示，從演示"量子霸權"到量子計算商用至少需要10年。由此可見，在未來相當長時間內，傳統高性能計算仍將是世界各國激烈競爭的熱門領域。