日本“突袭”，中国超算“掉队了”？

作者：李瑶

本文转载自：瞭望智库（ID:zhczyj）

前不久，最新一期的全球超级计算机500强榜单公布，在业内外引起了不小关注。

该榜单显示，日本超级计算机“富岳”（Fugaku）连续第四次登顶榜单，紧随其后的是美国超级计算机“顶点”（Summit）和“山脊”（Sierra），中国超级计算机“神威·太湖之光”，本次排名第四位。

由于长期以来，超算都被普遍视为综合国力的象征之一，而且此前主要是中美两国在这一领域你追我赶，数年内几乎轮流做冠亚军。所以该消息传回国内，不少人有些吃惊。

甚至有人翻出更长时间线内排名的变化：2016年底，“神威·太湖之光”成为全球第一超级计算机，此后连续四年霸占榜首位置；然而2020年，被异军突起的日本“富岳”一举反超，且富岳连续四次蝉联，“神威·太湖之光”则“一路沦为”第四名。

▲“神威·太湖之光”超级计算机。新华社记者李响摄

“怎么中美这两个超算强者最近两年反倒排到日本后面了？”“我国排名竟然不敌日本，中国超算这是掉队了？”一时间，许多不明所以的吃瓜群众，产生了许多疑问。

我们找行业专家聊了聊后发现，这事没这么简单，但总的一点，我们仍可以对自己国家的超算水平保持充足信心。

文 | 李瑶

榜单排名该怎么看？别只看第一

在回答诸多疑问之前，我们需要了解下这个榜单背后的意义。

首先，全球超级计算机500强榜单始于1993年，是国际组织“TOP 500”对全球近2000个超级计算机项目进行运算速度、功耗以及运算能力方面的排名，每半年发布一次，主要编撰人是美国田纳西大学电气工程和计算机科学教授杰克·唐加拉。

其次，何为超级计算机？简单来说，就是具有超级计算能力的机器，可以应用于模拟核试验、生物医药、新材料研究、天气预报、太空探索、人类基因测序等领域，堪称“大国重器”。

因此，全球超级计算机500强榜单排名，不仅是一个国家超级计算能力的展现，更是一个信息技术、半导体技术和综合数据处理技术乃至国家科学综合实力的重要反映。

也正是基于这一点，不少人对我国超级计算机在这个榜单上排名毫厘进退，都格外关注。

从最新一期公布的榜单来看，我国超级计算机的排名似乎有些“不如人意”：

“富岳”运算速度达44.2亿亿次每秒；“顶点”运算速度为14.9亿亿次，约为“富岳”的1/3；“山脊”运算速度在每秒9.5亿亿次。相比之下，“神威·太湖之光”运算速度为每秒9.3亿亿次，国防科技大学开发的“天河2A”运算速度为每秒6.1亿亿次。

▲图／2021年11月全球超算500强榜单前10名

但需要提醒的是，如果一定要从该榜单出发判断一个国家的超级计算机实力如何，那么并不能只看前几位的排名，还要看这个榜单中，一个国家能上榜的超级计算机数目有多少。

从更长时间线上看，2016年，在全球超级计算机500强中，中国占有167个席位，美国占有165个席位；2020年，在全球超级计算机500强中，中国占有的席位上升至226个席位，美国占有的席位下降至109个席位。

就最新这一期榜单来看，中国的超级计算机进入榜单的有173台，占比为34.6%。排名第二的是美国为149台，占比为29.8%。

换句话说，时至今日，在Top500这个榜单里，中国超级计算机的占比一直都排名第一。

从“玻璃房事件”到双雄争霸

在诸多超级计算机的发展历史事件中，有这样一个广为业内流传的故事：

上世纪80年代，中国石油工业部斥巨资从美国购买了一台IBM大型计算机。但为了封锁超级计算机的核心技术，美方并未给予中国对这台计算机的自由使用权——这台超级计算机被安置在一个透明的玻璃房中，启动密码和机房钥匙都在美方手中，我国的科研人员要使用超级计算机，就要接受美方对使用过程的监控及研究成果的审查。

“玻璃房事件”的屈辱，刺激了我国研发超级计算机的决心和毅力。1986年，“863计划”实施，中国正式开启了超级计算机的研发之路。从1986年到2016年，三十年的时间里，大量科研工作者投身这一伟大工程，前仆后继，终于推动我国在这一领域全面开花：

2004年，中科院成功研制“曙光4000”十万亿次计算机，进入世界超级计算机500强前十；

2008年，中科院成功研制“曙光5000”百万亿次计算机，同样进入世界超级计算机500强前十；

2009年，国防科技大学成功研制“天河一号”千万亿次计算机，我国成为第二个研制成功千万亿次计算机的国家；

2010年6月，中科院成功研制“星云”千万亿次计算机，成为世界超级计算机500强第二名；

同年11月，国防科技大学升级的“天河-1A”系统，成为了世界超级计算机500强第一名；

2010年底，江南计算机研究所的“神威·蓝光”成为第一个全部采用国产CPU，同时实现千万亿次计算的超级计算机；

2013年6月起，国防科技大学的“天河二号”，连续六次位居世界超级计算机500强第一名；

▲天河二号超级计算机系统。新华社发

2016年底，“神威·太湖之光”问鼎全球第一，并连续四年霸占世界超级计算机500强榜首。

截止到目前，我国在超级计算机领域已经具备多员“猛将”：国防科技大学的银河系列、天河系列，中科院的曙光系列，联想的深腾系列，无锡江南计算机研究所的神威系列。

凭借这些“猛将”，我国与美国在超级计算机领域呈现你追我赶的态势。尤其是过去十数年里，我国与美国都是这个榜单冠军宝座的常客，双雄争霸，好不热闹。

掉队？早已换了新赛道！

既然中美两国轮流着称霸，为什么最近两年排名第一的反倒成了日本呢？难道真的是掉队了？

中科院计算所研究员张云泉表示，虽然“富岳”近些年来在全球超级计算机500强榜单中大放异彩，但日本超算的发展其实并不猛烈，甚至都有些“强弩之末”的意味。

“可以说，日本是趁着中美超算竞争激烈，尤其是美国对中国超算技术卡脖子，‘突袭’TOP500榜单，从而占据冠军位置两年之久。”他说。

榜单编撰人杰克·唐加拉也表达了同样的观点。他表示，日本在新一代超级计算机领域起步较早，但因为其运算速度的指标设定较低，所以在新一轮E级超算（即百亿亿次超算）竞争开始时，日本在中美两强还在开发E级超级计算机时“捡漏了”四个世界第一。

日媒也相当清醒地表示：虽然“富岳”连续4次登顶榜首，但失去首位宝座只是时间问题，因为中美正在开发新一轮E级超算。

公开报道显示，中国在E级超算领域布局已久，目前已有“神威”E级原型机、“天河三号”E级原型机和曙光E级原型机3个不同技术路线的原型机系统完成交付。

另有外媒报道称，美国投入近90亿美元正在研制更先进的超级计算机，也拥有3台E级超级计算机，“性能或比中方的略高一些，但总体上相互之间的水平相当。”

一位业内分析师告诉库叔，目前，世界上业界公认的E级机标准是在40MW的额定功耗下达到百亿亿次每秒的浮点计算速度，日本的“富岳”功耗过高，并不具备争夺世界上第一台E级超级计算机的资格。

“而且从资金投入来说，日本也不具备中美两国的实力。总体来说，在超级计算机这方面，中美已经换到了新赛道上，而日本要想和中美同场竞技，还差点距离。”

张云泉透露，目前看来，中美两国的E级机世界冠军决战可能最早要到2022年6月才能见分晓。

机器用起来更重要，要提升人才储备

发展超算，只要把超级计算机做到最领先，就够了吗？当然不是。

“超级计算机最重要的不是把那个机器给做起来，机器不仅要做起来更要用起来，要让它对我们实际的创新课题及产业发展起到驱动作用，这是最重要的。”ASC世界大学生超级计算机竞赛组委会委员刘军曾这样告诉库叔。

当前，尽管我国在硬件方面投入规模大，但是在这些超级计算机上跑的这些应用和软件，尤其它如何与实际的产业和科研创新相结合的能力，相对来说还较弱。

超算领域有个“诺贝尔奖”——“戈登贝尔奖”，这个奖设立于1987年，是国际上高性能计算应用领域的最高学术奖项，主要颁发给高性能应用领域最杰出成就。

在2016年之前，美国、日本曾垄断该奖项长达近30年。直到2016年，我国才在这个奖项上“破冰”，随后又在2017年、2020年获此殊荣。

最新消息显示，当地时间11月18日下午，在美国密苏里州圣路易斯举行的全球超级计算大会上，来自中国的14人超算应用团队基于新一代神威超级计算的算力，凭借“超大规模量子随机电路实时模拟（SWQSIM）”应用，一举斩获2021年度“戈登贝尔奖”。

▲在国家超级计算济南中心，工作人员在查看存储设备运转情况。新华社记者郭绪雷摄

取得这样的成绩固然可喜，但还需要看到，我国超算发展远没到可以放心庆功的程度。

中国工程院院士王恩东表示，中国超算人才储备远远不足。更为关键的是，相对于美国等超算领域强国而言，中国超算研发人才具备相当实力，但在超算应用人才方面存在短板。

多位超算行业专家告诉库叔，当前我国超算人才培养存在地区不平衡的问题，东部沿海地区高校科研经费及项目机会较为充裕，而中西部地区高校科研经费及项目机会则比较匮乏。“我国发展超算的技术人才储备仍需加紧提升。”

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