全球超算现状：美国算力为王，中国数量占优

国际组织“TOP500”网站当地时间11月12日显示，美国能源部下属橡树岭国家实验室开发的“顶点”(Summit)蝉联冠军，扩大了领先优势。中国以227台超算上榜的成绩位居总数第一，较上期增加21台，而且能效也有所提升。

从近几年的情况看，中美超算“你追我赶”的态势将持续下去。

美国算力为王，中国数量占优

全球超级计算器500强榜单始于1993年，由国际组织“TOP500”编制，每半年发布一次，是给全球已安装的超级计算器排座次的知名榜单。

在最新公布的榜单中“顶点”扩大了领先优势，其处理器数量从228万多个增加到近240万个，浮点指令周期(PFLOPS)从半年前的每秒12.23亿亿次提升至每秒14.35亿亿次。“神威·太湖之光”的数据未发生变化，浮点指令周期依然为每秒9.3亿亿次，被上期排名第三、由美能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的“山脊”(Sierra)超越，前10名中，美国占据5台。

中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分别位列第三、四名。

本次榜单中，美国超算上榜总数为109台，创历史新低。但在总运算能力上，美国占比38%，中国占比31%，表明美国超算的平均运算能力更强。

榜单还显示，中国企业在全球十大超算制造商中占据了前三名，其中联想以140台名列冠军，浪潮以84台名列亚军，中科曙光以57台名列季军。华为制造14台，位列第八。

首次跻身超算十强的德国“超级MUC-NG“就由联想公司制造。联想公司称，这台安装在莱布尼茨超算中心的超算采用了联想开发的水冷技术，比气冷技术节电45%。该超算用于天体物理学、流体动力学和生命科学等研究的同时，减少了碳排放和运行总成本。

中国单芯片处理能力偏弱

2010年11月，经过技术升级的中国“天河一号”曾登上榜首，但此后被日本超算赶超。2013年6月，“天河二号”从美国超算“泰坦”手中夺得榜首位置，并在此后3年“六连冠”，直至2016年6月被中国“神威·太湖之光”取代。今年6月，美国超算“顶点”超越“四连冠”的“神威·太湖之光”登顶。

“顶点”和“山脊”都由美国能源部下属实验室开发，架构相似，但超越“神威·太湖之光”成为第二名的“山脊”，其处理器数量维持在157万余个没有增加，而浮点指令周期则由7.16亿亿次提升到9.46亿亿次。

美国超级计算器专家、田纳西大学教授、超级计算器500强榜单的联合制定者杰克·唐加拉(Jack Dongarra)对新华社记者说，这是由于“山脊”代码得到优化，重新运行后实现了更优秀的性能。相比而言，“神威·太湖之光”使用了近1065万个自主研发的“申威”芯片，可见单个芯片性能尚存在一定差距。

最新榜单第四到第十名依次为：中国“天河二号”、瑞士“代恩特峰”、美国“三一”、日本“人工智能桥接云基础设施”、德国“超级MUC-NG”及美国“泰坦”和“红杉”。

另外，与广达、华硕、台湾大等三大企业共同组队建造的新一代AI超级计算机主机“台湾杉二号”，本次挤进第20名，能源效率(Green500)排名名列第10名，为中国台湾地区超级计算机入榜史上最佳成绩。

中国在超级计算领域迅速崛起

《纽约时报》曾在6月26日题为《中国成超级计算器最高产国，建造速度远超美国》的报道指出，美国现在拥有全球最快的超级计算器。但2018年上半年的全球超级计算机500强榜单突显出中国建造超级计算器的速度远超美国。

6月25日发布的榜单显示，中国企业和政府制造的超级计算器在500强榜单中占206台，逐渐成为最高产的超级计算器制造者。上榜的超级计算器中124台由美国企业和政府设计与制造。美国多年主导超级计算器市场。

超级计算是中国在技术领域迅速崛起的步骤之一，引发了美国对中国的宏伟计划和策略——以及这些进步的潜在经济和地缘政治影响的担忧。

在2017年秋天的一次评估中，美国国会的两党谘询机构美中经济安全审查委员会指出，超级计算是中国“政府齐心协力，实现主导先进技术的宏伟计划”的一部分。 俄勒冈大学研究中国科学政策的专家萨特迈耶(Richard Suttmeier)指出，中国的起步很慢，但现在在稳步推进。中国真正开始发展超级计算是十年前。最初吸收外国技术，然后逐步发展自己的技术。

超级计算器技术偶尔会成为美国与中国之间的贸易问题。比如2015年，华盛顿拒绝向英特尔颁发许可证，致使其无法向中国的四个超级计算器实验室出售微处理器芯片。华盛顿称这四家超级计算器中心是在为中国军方研发技术。

中国超算走向“绿色”

不过，超级计算器专家称，这项出口禁令促使中国加快了自己的发展速度。

“中国吸取的教训是，不能依靠美国。”唐加拉教授说，“他们正在尝试用中国自己的技术取代所有西方技术。”

在上半年的500强榜单中排名前五的制造商中，中国公司占三家。联想第一、浪潮第三、中科曙光第五。慧与(Hewlett-Packard Enterprise)和克雷(Cray)这两家美国公司分列第二和第四。

近年来，超算更加强调绿色节能，中国的进步也可圈可点。两台由中科曙光开发的超算进入了按能效排名的“绿色超算500强”前10名。

2015年底到2016年底，中国超算曾三次进入“绿色超算”十强，此后该排名一直由日本、美国和瑞士等国占据。最新公布的榜单中，排名第一的是日本的“菖蒲系统B”，中科曙光的HKVDP系统和“先进计算系统Pre-E”分列第六和第十名。

中美两国在超级计算器领域“你超我赶”的形势仍在继续。唐加拉认为，非量子计算框架下的超级计算器算力仍有增长潜力，“并没有受到限制，我们还在不断升级”。

超级计算器的“下一顶皇冠”将是E级超算，即每秒可进行百亿亿次运算的超级计算器。要实现这一目标，超算系统规模、扩展性、成本、能耗、可靠性等方面均面临挑战。据有关人士介绍，中科曙光本周将在达拉斯举办的超算大会上推出新产品，为实现E级计算奠定基础。今年5月在天津举办的第二届世界智能大会上，中国国家超算天津中心也展示了新一代E级超算“天河三号”原型机。