中国该如何发展自主高性能计算

　　美国商务部近期发布公告，决定拒绝英特尔公司向中国的国家超级计算广州中心出售“至强”(XEON)芯片用于天河二号系统升级的申请。据美国媒体报道，美国商务部于今年2月18日发布的一份通知称，使用了两款英特尔微处理器芯片的天河二号系统和早先的天河一号A系统“据信被用于核爆炸模拟”，因此4家位于中国的机构包括国家超级计算长沙、广州、天津中心和国防科技大学因为从事实质上危害美国国家安全和外交利益的活动被列入出口管制名单。美国为何突然对中国超级计算机(简称HPC)使用的芯片实行禁运?禁运对我国超级计算机升级意味着什么?中国应该如何来发展自主的高性能计算?

　　中国超级计算速度领先

　　引起海外霸主不安

　　有不愿意透露姓名的专家分析称，天河二号“被用于核爆炸模拟”只是美国的借口，更多原因是一方面出于政治的需要，另一方面也是担心中国的超级计算机综合实力会超过美国。中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长、中科院计算所研究员张云泉在接受《中国电子报》记者采访时表示，无论是出于安全或是保密的角度来看，天河二号都不可能直接用于核爆炸模拟，所以这个理由更多的是一种莫须有的借口，真正的理由既有天河二号连续“四连冠“的原因，也有中美政治、经济和科技较量的原因。

　　芯谋咨询顾文军认为，在超级计算机领域，美国、日本一直处于领先位置，中国属于后者。在追赶中，当中国的发展速度太快，开始冒出苗头威胁到海外霸主的时候，海外“有形的手”就开始指挥整个局面了。

　　毕竟在世界超级计算大会上，中国的天河二号已经连续四次夺得了冠军。中国超级计算机在计算速度上的领先地位，让一直位居冠军位置多年的欧美日等有了一些不安。2014年11月，在美国新奥尔良市召开的世界超级计算机大会上，天河二号在国际TOP500组织首次正式发布的超级计算机高性能测试排行榜上，位居世界第一。此前，由该组织发布的第44届世界超级计算机500强排行榜中，天河二号以峰值计算速度达每秒5.49亿亿次、持续计算速度达每秒3.39亿亿次位居榜首，获得“四连冠”。

　　“或许是出于对于天河二号升级后可能连续6次甚至8次夺冠的担忧，所以天河二号成为了芯片禁售的对象。”“禁售从短期来看，会对天河二号今年原定将性能升级一倍达到110千万亿次每秒的计划造成一定的影响，毕竟更换芯片，天河二号需要重新寻找新的芯片替代方案，这需要一些时间。”张云泉说。

　　软件和应用

　　差距是十年?

　　超级计算机是指当前时代运算速度最快的大容量大型计算机，是计算机领域的“珠穆朗玛峰”，是解决国家经济建设、社会发展、科学进步、国家安全和国防建设等领域一系列重大挑战性问题的重要手段，已成为世界各国特别是大国争夺的战略制高点。正是因为它的战略地位，世界各国都在部署和抢夺它的话语权，从目前全球超级计算机排名前十位来看，除了中国、日本、瑞士和德国各占一席外，美国占据其余6席。

　　但在世界超级计算机500强排行中夺冠是否就意味着中国的超级计算综合实力真正领先于全球呢?曙光总裁历军在之前关于HPC的采访中表示，事实上超级计算的综合实力，既包含了软件的能力也包含了应用的能力，即便是在系统技术的维度，计算速度也仅仅是其中一个方面，其稳定性和可用性都需要在应用中不断磨合不断实验不断提升。

　　清华大学计算机系高性能计算技术研究所陈文光教授在接受记者采访时曾表示，中国高性能计算在研制和建造方面取得了巨大的进步，在硬件层面已经逐渐赶上了国际水平，但是在软件方面仍非常弱，比如在应用方面，大规模并行应用开发非常少。

　　事实上，HPC的价值在于应用，必须要有与之相匹配的软件与应用才能够真正释放HPC的价值。历军说，中国的超算中心普遍缺乏可持续发展的机制，由于缺乏稳定的运行经费，超级计算机大都开工不足，导致超算资源不能充分利用，难以实现超算资源的共享。另外我国超级计算应用的水平和普及程度与美国、欧盟、日本等相比差距很大。大型计算软件基本依赖进口，进口的并行应用软件不仅价格高，而且在并行规模上受到限制，制约了我国高性能计算应用水平的提高。从人才的角度看，超级计算是学科交叉的典型领域，但是我国学科交叉协作尚未形成风气，缺乏鼓励学科交叉合作的具体机制和组织保障。高水平人才，特别是既懂信息技术，又掌握领域专门知识的人才的缺乏，成为我国高性能计算发展的瓶颈。

　　张云泉明确表示，中国与美国在高性能计算整体实力上不是一二年而是10年量级的差距。要解决这样的差异，国家应该在未来投入HPC研制项目的经费上加大软件和应用的预算比例，现在的预算比例为10%，未来应该增加到20%甚至是30%。我们不仅仅需要造出机器、造出系统，更要用好系统。

　　除了X86

　　国外芯片全在中国复活了?

　　历军认为，中国应该制定HPC产业发展的长期计划，保证国家对HPC技术研发的长期持续投入、定制相关的标准，并对相关的产业发展给予政策优惠。目前我国HPC的研制仍然主要依靠国外的处理器和关键器件，在核心关键技术例如高性能处理器、高速互连、存储器件、大规模并行算法等方面的基础性研究积累不足，与世界先进水平相比仍然落后。所以这些方面需要着力发展。

　　张云泉介绍，此次美国政府禁运中国4家机构的芯片是英特尔研制生产的“至强”(XEON)芯片。“HPC芯片禁售令的出台，短期对于中国HPC来说有影响，但长期来看对于中国的HPC产业和芯片产业来说，都是一个利好，这将进一步促使中国芯片产业发展提速。”张云泉说。

　　中国必须要加快自主芯片产业发展。顾文军说，近些日子，有人对中国政府的扶持政策产生了种种非议，一些保护主义的言论甚嚣尘上，似乎我们国家应该开放国门，任半导体产业自由发展、自生自灭，才能体现“经济自由主义”。但其实所有国家对半导体产业都是异常重视、特殊对待、着力扶持的。

　　不仅仅是因为HPC，在自主可控的需求下，国家正在加大发展芯片产业的推进力度。张云泉同时坦言，目前中国政府和产业界非常重视芯片产业的发展，现在中国正在研制的芯片类型也很多，已经出现“一哄而上”的迹象了。国外的芯片家族中，除了X86芯片，几乎所有在美国出现过的芯片都开始在中国“复活”，中国应该尽快选出一两个有前景且基础好的芯片，集中力量进行长期的重点扶持，构建可持续发展的产业链和软件生态系统。