中國超算風云錄

前幾天，主編大人興奮地轉了一條微信給栗子君——《一旦成功，中國將“改變世界”》。文章很短，但卻讓栗子君關注起了一個熟悉又陌生的高科技領域——

天津。深圳。長沙。濟南。廣州。無錫。

在6個國家級的超級計算中心里，一臺臺“中國血統”的超級計算機日夜不停地工作，以每秒數千萬億乃至數億億次的速度處理著全國各地發來的運算指令。

從“天宮一號”回家路線的計算，到霧霾高精度預警預報，從C919大飛機研制，到石油鉆井位置確定，從基因測序到新藥篩選，從破解密碼到宇宙演化模擬……超算的應用無所不在。我們越來越便利美好的日常生活背后也有其功勞，比如每天出門前必看的天氣預報、影視大片中的酷炫特效，甚至洗衣液瓶子的設計。上算天，下算地，中算人，無論國家安全、科技發展還是造福民生，都離不開超算的支撐。超算，可謂名副其實的“大國重器”。

前世今生話“超算”

超級計算機，即功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，能執行一般個人計算機和服務器無法處理的大資料量與高速運算。如果把普通計算機的運算速度比做人步行，那么超算的速度就相當于火箭。

世界第一臺超級計算機CDC6600，于1963年在美國問世，運算速度每秒300萬次，這在當時已是絕無僅有的高速。12年后誕生的“克雷1號”，把超算帶入了億次時代。1992年，英特爾的“Paragon”率先突破萬億次大關。2009年，IBM的“走鵑”開啟了千萬億次的大門……

超算的“下一頂皇冠”，是每秒可進行百億億次運算的E級超算。如今世界各國正爭相朝這一目標努力，誰先成功，誰就將掌握未來世界的方向。

小鏈接·全球超級計算機500強

超算的世界很殘酷，衡量標準“簡單粗暴”——速度。從1993年起，美、德兩國聯合編制了一個“TOP500（全球超級計算機500強）”榜單，榜單每半年更新一次，每次總能引起全世界的關注，甚至被寫入美國國情咨文。根據最新排名，如果一臺機器運算速度達不到每秒500萬億次，它將被無情地除名。

“中國軍團”崛起

2016年6月20日，是TOP500第47屆榜單發布的日子，全世界都在翹首以待新冠軍花落誰家。

此前3年6屆榜單中，穩坐頭名交椅的都是我國的“天河二號”。時間往前倒推，2001年以前，中國沒有一臺機器能入圍TOP500，而到了2010年，“天河一號”便橫空出世，登上世界超算之巔！2013年起，“天河二號”更是豪取六連冠。“中國軍團”崛起速度之快，令人矚目，當然也令人眼紅。2015年，美國對中國施行超算芯片禁售，給需要升級的“天河二號”造成了麻煩。

然而，榜單揭曉的一刻，美國人還是失望了——雖然“天河二號”未能蟬聯冠軍，但取代它稱王的不是其他機器，而是同屬中國制造的“神威·太湖之光”！這臺100%使用“中國芯”的新晉王者，速度比它的前任快了近2倍，效率提升了3倍。

如果說“天河”奪冠，尚因用了英特爾處理器而令某些人頗有微詞，那么每一部件均由中國研發、在中國本土制造的“神威”則用漂亮的成績，向世界證明了中國制造的品質。

榮譽背后，歷經多少風雨坎坷，只有中國超算人知道，“玻璃房子”的故事在他們之中口口相傳：那是文革剛剛結束、我國超算研制剛剛起步的時候，某企業因工作需要向外國高價租用了一臺中型計算機，卻被要求放在獨立的機房里，只有外國工程師才可進入使用。一道玻璃墻，就像刀子一樣深深扎進了中國超算人的心里。“為了這口氣，拼了命也得加油干出來！”

是的，只有掌握自主權才有出路，才能不仰人鼻息、受制于人。正是憑著這股勁，“神威”“天河”在隨后3屆榜單上繼續包攬冠亞軍，直到近兩屆才被美國的“頂點”反超。但我國的集團優勢業已形成，最新一屆入圍TOP500的超算數量獨步世界，是美國的兩倍還多！

超導一出，誰與爭鋒

超算江湖里，沒人敢說能永立于不敗之地，創新的步伐，始終不能停歇。

跟“神威·太湖之光”登上世界舞臺差不多同時，我國下一代E級（百億億次級）超算也低調地開始了研發。去年5月，“天河三號”E級原型機已率先在天津亮相，隨后，“神威”“曙光”E級原型機也相繼交付，“三頭并進”，全力向2020年整機研制成功的目標沖刺。

而在超算的另一個指標——綠色節能方面，中國人有更大的雄心。

平時我們使用小型個人計算機，幾乎感覺不到能耗，但其實大型機的用電量相當驚人。即使是節電小能手“天河二號”，功耗也有17兆瓦之多，每年僅電費就要1億人民幣！到“神威·太湖之光”“頂點”的級別，滿負荷運轉起碼要30兆瓦電力。至于E級超算，可能要配一個獨立的發電站才行。據估計，若不改變設計方式，到2040年，全球超算需要的電力將超過全球的發電量。

那時，站出來“拯救世界”的將是超導計算機。所謂超導，就是某些物質在極低溫度下電阻消失的現象。超算要求集成電路芯片上的元件和連線密集排列，故工作時會產生大量熱量。這樣一來，散熱就要耗費很多電力，同時這也成為集成電路規模的天花板，決定著超算發展的上限。但如果使用超導材料制作集成電路，因電阻為零，散熱將不再是問題。因此，超導計算機所需的電量預計只有傳統計算機的1/40到1/1000，而其運算速度卻可能超越E級！

美、日、前蘇聯等國都有嘗試制造大規模的低溫超導電路，但目前進展最大的還是我國。我國已于2017年實現擁有1萬個超導結的計算機芯片的大規模生產，計算機系統結構的設計也幾乎完成，接下來的目標，是要在2022年完成樣機制造——這，就是本文開頭提到的“一旦完成，將‘改變世界”的宏圖偉業。

3年時光很快過去，未來可期，我們且靜待佳音！