中国超算风云录

前几天，主编大人兴奋地转了一条微信给栗子君——《一旦成功，中国将“改变世界”》。文章很短，但却让栗子君关注起了一个熟悉又陌生的高科技领域——

天津。深圳。长沙。济南。广州。无锡。

在6個国家级的超级计算中心里，一台台“中国血统”的超级计算机日夜不停地工作，以每秒数千万亿乃至数亿亿次的速度处理着全国各地发来的运算指令。

从“天宫一号”回家路线的计算，到雾霾高精度预警预报，从C919大飞机研制，到石油钻井位置确定，从基因测序到新药筛选，从破解密码到宇宙演化模拟……超算的应用无所不在。我们越来越便利美好的日常生活背后也有其功劳，比如每天出门前必看的天气预报、影视大片中的酷炫特效，甚至洗衣液瓶子的设计。上算天，下算地，中算人，无论国家安全、科技发展还是造福民生，都离不开超算的支撑。超算，可谓名副其实的“大国重器”。

前世今生话“超算”

超级计算机，即功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，能执行一般个人计算机和服务器无法处理的大资料量与高速运算。如果把普通计算机的运算速度比做人步行，那么超算的速度就相当于火箭。

世界第一台超级计算机CDC6600，于1963年在美国问世，运算速度每秒300万次，这在当时已是绝无仅有的高速。12年后诞生的“克雷1号”，把超算带入了亿次时代。1992年，英特尔的“Paragon”率先突破万亿次大关。2009年，IBM的“走鹃”开启了千万亿次的大门……

超算的“下一顶皇冠”，是每秒可进行百亿亿次运算的E级超算。如今世界各国正争相朝这一目标努力，谁先成功，谁就将掌握未来世界的方向。

小链接·全球超级计算机500强

超算的世界很残酷，衡量标准“简单粗暴”——速度。从1993年起，美、德两国联合编制了一个“TOP500（全球超级计算机500强）”榜单，榜单每半年更新一次，每次总能引起全世界的关注，甚至被写入美国国情咨文。根据最新排名，如果一台机器运算速度达不到每秒500万亿次，它将被无情地除名。

“中国军团”崛起

2016年6月20日，是TOP500第47届榜单发布的日子，全世界都在翘首以待新冠军花落谁家。

此前3年6届榜单中，稳坐头名交椅的都是我国的“天河二号”。时间往前倒推，2001年以前，中国没有一台机器能入围TOP500，而到了2010年，“天河一号”便横空出世，登上世界超算之巅！2013年起，“天河二号”更是豪取六连冠。“中国军团”崛起速度之快，令人瞩目，当然也令人眼红。2015年，美国对中国施行超算芯片禁售，给需要升级的“天河二号”造成了麻烦。

然而，榜单揭晓的一刻，美国人还是失望了——虽然“天河二号”未能蝉联冠军，但取代它称王的不是其他机器，而是同属中国制造的“神威·太湖之光”！这台100%使用“中国芯”的新晋王者，速度比它的前任快了近2倍，效率提升了3倍。

如果说“天河”夺冠，尚因用了英特尔处理器而令某些人颇有微词，那么每一部件均由中国研发、在中国本土制造的“神威”则用漂亮的成绩，向世界证明了中国制造的品质。

荣誉背后，历经多少风雨坎坷，只有中国超算人知道，“玻璃房子”的故事在他们之中口口相传：那是文革刚刚结束、我国超算研制刚刚起步的时候，某企业因工作需要向外国高价租用了一台中型计算机，却被要求放在独立的机房里，只有外国工程师才可进入使用。一道玻璃墙，就像刀子一样深深扎进了中国超算人的心里。“为了这口气，拼了命也得加油干出来！”

是的，只有掌握自主权才有出路，才能不仰人鼻息、受制于人。正是凭着这股劲，“神威”“天河”在随后3届榜单上继续包揽冠亚军，直到近两届才被美国的“顶点”反超。但我国的集团优势业已形成，最新一届入围TOP500的超算数量独步世界，是美国的两倍还多！

超导一出，谁与争锋

超算江湖里，没人敢说能永立于不败之地，创新的步伐，始终不能停歇。

跟“神威·太湖之光”登上世界舞台差不多同时，我国下一代E级（百亿亿次级）超算也低调地开始了研发。去年5月，“天河三号”E级原型机已率先在天津亮相，随后，“神威”“曙光”E级原型机也相继交付，“三头并进”，全力向2020年整机研制成功的目标冲刺。

而在超算的另一个指标——绿色节能方面，中国人有更大的雄心。

平时我们使用小型个人计算机，几乎感觉不到能耗，但其实大型机的用电量相当惊人。即使是节电小能手“天河二号”，功耗也有17兆瓦之多，每年仅电费就要1亿人民币！到“神威·太湖之光”“顶点”的级别，满负荷运转起码要30兆瓦电力。至于E级超算，可能要配一个独立的发电站才行。据估计，若不改变设计方式，到2040年，全球超算需要的电力将超过全球的发电量。

那时，站出来“拯救世界”的将是超导计算机。所谓超导，就是某些物质在极低温度下电阻消失的现象。超算要求集成电路芯片上的元件和连线密集排列，故工作时会产生大量热量。这样一来，散热就要耗费很多电力，同时这也成为集成电路规模的天花板，决定着超算发展的上限。但如果使用超导材料制作集成电路，因电阻为零，散热将不再是问题。因此，超导计算机所需的电量预计只有传统计算机的1/40到1/1000，而其运算速度却可能超越E级！

美、日、前苏联等国都有尝试制造大规模的低温超导电路，但目前进展最大的还是我国。我国已于2017年实现拥有1万个超导结的计算机芯片的大规模生产，计算机系统结构的设计也几乎完成，接下来的目标，是要在2022年完成样机制造——这，就是本文开头提到的“一旦完成，将‘改变世界”的宏图伟业。

3年时光很快过去，未来可期，我们且静待佳音！