新一代超級電腦的研發競賽日益激烈。3月美國能源部宣佈，美國首個「E級」新一代超算「極光」號2021年將在位於芝加哥的阿貢國家實驗室上線。超算保有量位居世界第一的中國將在2020年、日本將在2021年前後上線該級別的新一代機型。在中美高科技主導權之爭日益激化的情況下，決定未來國力的超算競賽的走向受到了各方關注。

　

阿貢國家實驗室正在建設容納超高速超級電腦「極光」的大樓（美國伊利諾伊州）

　　

　　E級新一代超算每秒可完成「1E＝1百億億（10的18次方）」次浮點運算。阿貢國家實驗室介紹稱，相當於「全球70億人同時在每秒內每人運算1.5億次」。

 

　　有望成為美國首臺E級超算的「極光」由美國能源部撥款5億美元，委託半導體巨頭英特爾公司和超算製造商克雷公司生産，將為航太領域的模擬試驗、個性化醫療、太陽能電池研發提供幫助。

 

　　筆者從芝加哥往西南方向驅車約45分鐘，訪問了即將引入「極光」的阿貢國家實驗室。這裡環境優美，多座建築分佈在約6平方公里的廣闊園區內，彷彿大學的校園一樣。正在建設當中的「極光」號專用大樓也映入眼簾。

 

　　成立於1946年的阿貢國家實驗室是美國能源部下屬的17個國家實驗室之一，由芝加哥大學運營。世界上首次成功實現可控核裂變的物理學家恩里科·費米創設的「曼哈頓計劃」是其起源。

 

　　「是美國公民嗎？」

 

　　經過嚴格的安檢之後車輛才能被放行，在設有傳達室的建築內進行訪客登記。也許是為了保密管理，筆者還被問過「您是美國公民嗎？」。順利拿到入館證後，筆者前往計算科學部門的TCS大樓。

 

　　前來迎接的研究人員麥克·帕普卡留著長長的鬍子，讓人印象深刻。他擔任超算部門ALCF的主任，帶筆者參觀了目前正在運作的運算速度世界排名第21的「Mira」。

 

 

　　一進入機房，耳邊就傳來用於降溫的空調系統的巨大聲響。48台黑色機櫃一字擺開，表面塗著讓人聯想到太空的鮮艷圖案。「Mira」的運算速度為「極光」的100分之1。

　

阿貢國家實驗室的高速超級電腦「Mira」的內部

　

　　帕普卡介紹説，投入高性能超算是當務之急。傳統的超算應用範圍主要集中在基礎科學領域，但近年來增加了AI（人工智慧）、數據分析、應用工程領域，需求在迅速擴大，處於供不應求的狀態。

 

　　美國對新一代超算的研發可追溯到前總統歐巴馬執政時期。歐巴馬於2015年頒布總統令，制定了國家戰略計算計劃（NSCI）。在美國能源部、國防部、國家科學基金會的主導下啟動了研發計劃。隨後川普政府繼承了這一計劃，如今能源部下屬的3個國家實驗室正計劃上線超算。在美國國內，各方都在爭取成為「美國首家」而展開競爭。

 

　　超算全球500強榜單「TOP500」的創設成員、田納西州大學教授傑克·東加拉（Jack Dongarra）教授透露，在美國，除阿貢國家實驗室外，橡樹嶺國家實驗室也計劃在2021年上線「前沿」（Frontier）號，承擔核子試驗等任務的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室則計劃2022年上線「El Capitan」號，這些均為E級超算。但在研發過程中有可能遇到無法預料的障礙。傑克·東加拉教授指出，「最先登頂的未必就是阿貢國家實驗室」。

 

　　讓我們回顧一下超算的競賽歷史。TOP500榜單每年發佈2次，分別在6月和11月公佈處理性能的排名。該榜單創設於1993年，至今已過去了四分之一世紀。在創設之初，美國佔據了絕對優勢，但在過去10年中國迅速發力，確立了優勢。

 

　　中國國防科學技術大學（NUDT）憑藉「天河一號」於2010年11月首次登上榜首。隨後一度被美國超越，但2013～2017年的5年間，升級後的「天河二號」和採用國産技術的「神威太湖之光」接連佔據榜首，2016年中國首次在超算數量上超過美國。

　

美國首個超高速E級超級電腦「極光」預定2021年上線（照片來自英特爾公司）

　

　　與此同時，美國在2016年的最高名次降至第3位，2017年11月再降至第5，但隨後發起反攻，2018年6月憑藉橡樹嶺國家實驗室的「頂點」再次奪回榜首位置。在當年11月的最近一次排名中繼續保持第一，美國也在榜單前10中佔到了一半。

 

  

　　中國的超算保有量位居第一

 

　　美國儘管奪回了性能榜首的位置，但在保有量上遠遠落後於中國。在TOP500榜單上，中國達到227台，佔到總數的45％，而美國只有109台，佔比25％，為歷史最低。

　

　　日本的保有量為31台，在中美之後位列第3。NEC的「地球虛擬器」曾在2002年6月至2004年6月期間佔據榜首，隨後「京」號也於2011年登上榜首。在截至2018年11月的超算節能排行榜「綠色500」上，日本的「菖蒲」（Shoubu）位居第一，現在正計劃2021年前後將E級超算「Post京」上線。

 

　　新一代超算正在拓展人類未來的可能性。有望在破解宇宙之迷、遺傳基因和人類大腦研究、改變産業界的新材料及新能源開發、國防等領域推動革命性的研究。

 

　　超算競賽的未來會是怎樣的走向呢？中國正在製造3台Pre Exascale（達到E級之前的階段）的原型機，有人預測「最先登頂的很可能是計劃在2020年上線的中國。美國恐怕是第二個」。從長遠來看，中國的崛起和美國的衰落趨勢仍將持續，「中國的優勢在不斷擴大」。與眼前商業利益沒有直接關係的科學話題不容易受到廣泛關注，但隨著中國靜悄悄地擴大優勢，川普肯定有坐不住的時候。

 

　　日本經濟新聞（中文版：日經中文網）芝加哥支局 野毛洋子

  

版權聲明：日本經濟新聞社版權所有，未經授權不得轉載或部分複製，違者必究。