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智能

最快的超级计算机在中国,国家还在加大投资

John Markoff2016-06-22 18:11:06

而且这次微处理器芯片也由中国制造。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

旧金山电 - 一份全球最快超级计算机最新排名进一步表明,曾经横亘在美国与中国之间的技术鸿沟正在缩小。

“全球最快超级计算机 500 强”(Top 500)排行榜每年公布两次,最新榜单发表于周一,中国取得了显赫战绩:中国研发的超级计算机不仅连续七次夺得世界运行速度最快计算机称号,其跻身 500 强的超级计算机总数也为世界之最——这还是首次有美国以外的国家获此殊荣。

而且这一次,世界最快超级计算机使用的微处理器芯片并非由硅谷英特尔公司提供,而是来自中国制造——这也是有史以来的第一次。

2013 年,在长沙国防科技大学,“天河二号”超级计算机登顶世界 500 强排行榜。图片版权:Zhao Zilong/中国图片库

在科学界,超级计算机常被视作一个国家技术领军能力的指标,从新式武器和药物的研发,到汽车与消费类产品的设计,它们都起着至关重要的作用。多年来,美国计算专家和企业高管们一直告诫道,在超级运算领域保持领先地位,将对国家利益的许多方面产生深远影响。

“今天,甚至连一个家用洗涤液的瓶子都是由超级计算机设计的,”物理学家、芝加哥大学教务长的埃里克·艾萨克(Eric D. Isaacs)说道,“中国越来越擅长研发这类计算机,对美国产业和国家安全来说,这成了一个事关竞争力的问题。”

美国在 500 强榜单上失去领军地位的原因有很多:人们对基础科学研究中投入的联邦开支额度长期存在争议;对政府资助与国家安全无直接关系的产业创新的反对声音也一直存在,因此,政府对超级计算机事业的扶持已经有所放缓。

中国计算机的运算能力在增强

Google、微软、Facebook、亚马逊等私营公司均投资了数十亿美元用于兴建云计算中心,但解决科学问题并不是云计算的主要关注点。

田纳西大学(University of Tennessee)的计算机科学家杰克·唐加拉(Jack Dongarra)提到,去年,美国禁止了其国内一些先进微处理器对中国的出口,因为政府担心它们被用于发展核武器,而这一举动很可能恰恰促使了中国发展其自主技术。唐加拉在 1993 年曾协助创制了全球最快计算机榜单。

世界 500 强榜单由唐加拉博士和劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的物理学家埃里希·斯特罗迈尔(Erich Strohmaier)共同维护。各个计算中心每年向其报告两次计算机产品描述和性能评测。

2001 年时,中国尚无一台超级计算机在 500 强名单中登榜。而如今,共有 167 台跻身 500 强的超级计算机来自中国,而来自美国的只有 165 台。同时,中国还在一个比较生僻的领域——总处理能力——中异军突起,这个指标指的是一个国家所有上榜的超级计算机加总后的运算速度。

一份收录了 500 台运算能力最强的商业化超级计算机系统的排行榜显示,中国所拥有的超级计算机系统数量首次超过美国。该榜单每年发布两次。列入“其他(other)”类别中的国家均拥有五个或以下世界 500 强计算机系统。来源:世界 500 强计算机排名 制图:《纽约时报》

今年,史上运算速度最快的计算机“神威·太湖之光”系统在位于江苏无锡的国家超级计算中心完成安装。

尽管取得了斐然的成绩,但榜单上 91% 的计算机使用的仍旧是英特尔公司提供的芯片。中国还在努力追赶美国的高精尖技术——譬如研发能在现代超级计算机中“联结”起数以千计的芯片的软件和网络。

“神威·太湖之光”在最新一期的世界 500 强排行榜上荣登榜首,成为世界上速度最快的超级计算机。它使用的正是国产微处理器。图片版权:Li Xiang/新华社

但风云可能瞬息变幻。行业组织半导体行业协会(Semiconductor Industry Association)的官员指出,中国政府雄心勃勃,已计划拨出 1500 亿美元收购并开发可应用于各种不同芯片的新技术。

协会主席约翰·纽佛(John Neuffer)说,在过去多年里,美国对于竞争威胁一直置若罔闻,然而现在似乎开始重视起来了。“对我们来说,这是一个在超级计算领域加大投入力度、重振旗鼓的机会。”他说。

去年,奥巴马政府开始研发一台被称作“百万兆级”(exascale)的超级计算机。该计算机将比眼下运算速度最快的超级计算机还要快上十倍(“百万兆”即一秒内执行一百亿亿条数学指令)。计算机专家认为,这种计算机能够为一些关键问题(如气候变化带来的危险等)提供更明确的答案。

直到去年七月奥巴马总统签署国家战略计算计划(National Strategic Computing Initiative)之前,研发速度最快的超级计算机这一工程很大程度上是由美国核储备管理计划(Stockpile Stewardship and Management program)推动的。该计划于 1995 年启动,旨在对核武器的测试与维护进行模拟。

依照物理学家拉里·斯马尔(Larry Smarr)的看法,虽说中国完善了由 IBM 和克雷(Cray)等美国公司率先攻关的传统超级计算机,但美国可能将精力更多地放在了研发更新型、更高效的超级计算机上,以应对诸如人工智能等抛出的新挑战。斯马尔目前在加州大学圣地亚哥分校担任加州理工学院通信与信息科技研究合作中心所长(California Institute for Telecommunications and Information Technology)。

要设计出运算速度问鼎世界之最的计算机,研发人员所要面临的一个挑战是:如何解决其巨大的能耗。位于中国的这台世界最快超级计算机的体积可与一个大仓库匹敌,它需要消耗相当于一万五千户家庭用电量的电力。而运行一台百万兆级计算机所需消耗的电力很可能比这个数字还要大上一倍有余,换言之,它得独占美国最大的太阳能发电设施——铜山太阳能发电站(Copper Mountain Solar Facility)的全部发电量,才能保证运行。

“神威·太湖之光”所使用的一个处理器。图片版权:Li Xiang/新华社

然而即使美国能够在未来十年内设计出一台百万兆级超级计算机,它还是会被中国抛在身后。唐加拉博士透露道,中国政府已把研发百万兆级计算机设立为本十年末要达到的目标,并且志在必得。

由于资金短缺和种种技术挑战,“百万兆级超级计算机在美国问世的日期有所推迟,我们比预期的进度更加落后,”他说。

唐加拉指出,无锡的神威超级计算机是一个奇迹,它充分彰显了中国制造业的实力。该计算机包含 1060 万个处理器“内核”,它们遍布在 40960 个微处理器中并与之协同作业。这些芯片单独运行时速度相对较慢,大约仅相当于苹果公司 iPhone 6 手机处理器的运算水平。

“神威·太湖之光”也存在着短板。它使用的是相对较旧的内存芯片技术,这意味着与美国目前运算能力最强的超级计算机相比,它的处理器数据存取速度会受限。另外,这台新型中国超级计算机仍旧是基于美国的光纤网络技术研发的,该技术主要用于连接数以千计的微处理器芯片。

尽管目前中国在排行榜上硕果最丰,但占据榜单前 20 位的超级计算机里,由美国研发的还是占了 10 台。欧洲眼下共有 105 个超级计算机系统上榜;日本在 11 月时还有 37 个系统登榜,而现在降至 29 个。

一些美国科学家拿当前该行业的发展态势与 1980 年代作比,彼时他们担心的是美国会在超级计算机领域输给日本。

“(而现在,)科学家们很可能会说,‘看来我得去中国完成我的运算了。’” 斯马尔博士说。

翻译 熊猫译社 周圆

题图来自 curious-droid.com

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