中國超級計算機行業

中國在超級計算機方面發展迅速，躍升到國際先進水平國家當中。中國是第一個以開發中國家的身份製造了超級計算機的國家，2011年中國擁有世界最快的500個超級計算機中的74個。中國在1983年就研製出第一台超級計算機銀河一號，使中國成為繼美國、日本之後第三個能獨立設計和研製超級計算機的國家。中國以國產微處理器為基礎製造出本國第一台超級計算機名為“神威藍光”，在2016年6月TOP500組織發布的最新一期世界超級計算機500強榜單中，神威·太湖之光超級計算機和天河二號超級計算機位居前兩位。

基本介紹

• 中文名：中國超級計算機行業
• 提出時間：1983年
• 國家：中國

發展歷史

中國的計算機行業起步並不算晚，通過學習蘇聯的計算機技術，1958年8月1日中國第一台數字電子計算機——103機誕生。進入70年代，中國對於超級計算機的需求日益激增，中長期天氣預報、模擬風洞實驗、三維地震數據處理、以至於新武器的開發和航天事業都對計算能力提出了新的要求。為此中國開始了對超級計算機的研發，並於1983年12月4日研製成功銀河一號超級計算機。 並繼續成功研發了銀河二號、銀河三號、銀河四號為系列的銀河超級計算機，使我國成為世界上少數幾個能發布5至7天中期數值天氣預報的國家之一。並與1992年研製成功曙光一號超級計算機，在發展銀河和曙光系列同時，中國發現由於向量型計算機自身的缺陷很難繼續發展，因此需要發展並行型計算機，於是中國開始研發神威超級計算機，並在神威超級計算機基礎上研製了神威藍光超級計算機。2002年聯想集團研發成功深騰1800型超級計算機，並開始發展深騰系列超級計算機。

中國研製的第一台超級計算機銀河一號

組成機構

銀河系列、天河系列：國防科技大學計算機研究所

曙光系列：中科院計算技術研究所（曙光信息產業股份有限公司）

神威系列：國家並行計算機工程技術中心

深騰系列：聯想集團

浪潮集團參與了部分超級計算機的研發生產工作，並有計畫獨立研發生產超級計算機。

譜系表

計算機名稱	研製成功時間	運行速度	備註
銀河-Ⅰ	1983年	每秒1億次
銀河-Ⅱ	1994年	每秒10億次
銀河-Ⅲ	1997年	每秒130億次
銀河-Ⅳ	2000年	每秒1萬億次
銀河-Ⅴ	未知	未知	軍用
天河一號	2009年	每秒1206萬億次（2009年）; 每秒2566億萬次（2010年及以後）
天河二號	2014年	每秒3.39億億次
曙光一號	1992年	每秒6.4億次
曙光-1000	1995年	每秒25億次
曙光-1000A	1996年	每秒40億次
曙光-2000Ⅰ	1998年	每秒200億次
曙光-2000Ⅱ	1999年	每秒1117億次
曙光-3000	2000年	每秒4032億次
曙光-4000L	2003年	每秒4.2萬億次
曙光-4000A	2004年	每秒11萬億次
曙光-5000A	2008年	每秒230萬億次
曙光-星雲	2010年	每秒1271萬億次
曙光-6000	2011年	每秒1271萬億次	採用曙光星雲系統
神威-Ⅰ	1999年	每秒3840億次
神威3000A	2007年	每秒18萬億次
神威-Ⅱ	在研	每秒300萬億次	軍用
神威·太湖之光	2016年	每秒9.3億億次	目前世界第三
深騰1800	2002年	每秒1萬億次
深騰6800	2003年	每秒5.3萬億次
深騰7000	2008年	每秒106.5萬億次
深騰X	在研	每秒1000萬億次

發展里程

2010年

2010年，“天河一號A”讓中國第一次擁有了全球最快的超級計算機，但因為後續未再升級，很快就被擠了下來。現在，中國又要爭第一了。這次的目標是100PFlops以上，也就是每秒超過10億億次浮點運算(但不知道是最大性能還是峰值性能)，而所用平台是Intel提供的大約10萬顆Ivy Bridge-EP Xeon E5、10萬顆Xeon Phi組成的混合加速體系(另有一說總共最多10萬顆)。

如果成真，這台超級計算機將是目前最快“泰坦”(Titan)的大約五倍——後者最大性能1.76PFlops、峰值性能2.7PFlops。

這項工程受到了中國政府部門，尤其是科技部的鼎力支持，將用來輔助中國的空間探索、健康研究，特別是在未來十年內應對人口老齡化、城市規劃、高速交通系統建設等問題，以及用來解決交通擁堵的智慧型車牌、實時交通計算技術。

中國曙光計算機

項目初期投資大約1億美元，用來購買計算設備，看起來很多但還遠遠不夠。據說Intel將會提供的都是頂級產品，包括要在2013年下半年才會發布的高端十二核心伺服器處理器Ivy Bridge-EP Xeon E5-2567W v2(大約2500美元)、最高端協處理器Xeon Phi 5110P 8GB GDDR5(估計1500-2500美元)，僅這20萬顆處理器就需要5億美元左右。再加上主機板、記憶體、硬碟、散熱、網路、機架等各種硬體，以及系統、軟體和安裝、維護費用，總成本恐怕將是個天文數字。

【外媒的情報似乎有誤，E5-2567W v2這個型號與當前產品線並不相符，因為Sandy Bridge-EP家族裡只有E5-2600、E5-2400系列，並沒有E5-2500系列。根據此前訊息，Ivy Bridge-EP的命名將是E5-2600 v2系列(應該還會有E5-2400 v2)。】

這台超級計算機預計會在未來18個月內快速完工，並安置在中國西南某個地方。

評論指出，中國將籍此在超級計算機領域稱霸很長一段時間，中國的航天事業也將得到極大的促進，尤其是2020年載人登入月球、2025年載人探索火星，不過其他國家也不甘落後，比如澳大利亞就在規劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點性能，但要過幾年才會實現。

2015年

2015年4月9日，美國商務部發布了一份公告，決定禁止向中國4家國家超級計算機中心出售“至強”(XEON)晶片，這一決定使天河二號升級受到阻礙。

2016年

2016年6月，中國已經研發出了世界上最快的超級計算機“神威太湖之光”，目前落戶在位於無錫的中國國家超級計算機中心。該超級計算機的浮點運算速度是世界第二快超級計算機“天河二號”（同樣由中國研發）的2倍，達9.3億億次每秒。

2018

在最新公布的榜單中“頂點”擴大了領先優勢，其處理器數量從228萬多個增加到近240萬個，浮點指令周期（PFLOPS）從半年前的每秒12.23億億次提升至每秒14.35億億次。“神威·太湖之光”的數據未發生變化，浮點指令周期依然為每秒9.3億億次，被上期排名第三、由美能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發的“山脊”（Sierra）超越，前10名中，美國占據5台。

中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。

本次榜單中，美國超算上榜總數為109台，創歷史新低。但在總運算能力上，美國占比38%，中國占比31%，表明美國超算的平均運算能力更強。

榜單還顯示，中國企業在全球十大超算製造商中占據了前三名，其中聯想以140台名列冠軍，浪潮以84台名列亞軍，中科曙光以57台名列季軍。華為製造14台，位列第八。

首次躋身超算十強的德國“超級MUC-NG“就由聯想公司製造。聯想公司稱，這台安裝在萊布尼茨超算中心的超算採用了聯想開發的水冷技術，比氣冷技術節電45%。該超算用於天體物理學、流體動力學和生命科學等研究的同時，減少了碳排放和運行總成本。

中國單晶片處理能力偏弱

2010年11月，經過技術升級的中國“天河一號”曾登上榜首，但此後被日本超算趕超。2013年6月，“天河二號”從美國超算“泰坦”手中奪得榜首位置，並在此後3年“六連冠”，直至2016年6月被中國“神威·太湖之光”取代。今年6月，美國超算“頂點”超越“四連冠”的“神威·太湖之光”登頂。

“頂點”和“山脊”都由美國能源部下屬實驗室開發，架構相似，但超越“神威·太湖之光”成為第二名的“山脊”，其處理器數量維持在157萬餘個沒有增加，而浮點指令周期則由7.16億億次提升到9.46億億次。

美國超級計算器專家、田納西大學教授、超級計算器500強榜單的聯合制定者傑克·唐加拉（Jack Dongarra）對新華社記者說，這是由於“山脊”代碼得到最佳化，重新運行後實現了更優秀的性能。相比而言，“神威·太湖之光”使用了近1065萬個自主研發的“申威”晶片，可見單個晶片性能尚存在一定差距。

最新榜單第四到第十名依次為：中國“天河二號”、瑞士“代恩特峰”、美國“三一”、日本“人工智慧橋接雲基礎設施”、德國“超級MUC-NG”及美國“泰坦”和“紅杉”。

另外，與廣達、華碩、台灣大等三大企業共同組隊建造的新一代AI超級計算機主機“台灣杉二號”，本次擠進第20名，能源效率（Green500）排名名列第10名，為中國台灣地區超級計算機入榜史上最佳成績。

中國在超級計算領域迅速崛起

《紐約時報》曾在6月26日題為《中國成超級計算器最高產國，建造速度遠超美國》的報導指出，美國現在擁有全球最快的超級計算器。但2018年上半年的全球超級計算機500強榜單突顯出中國建造超級計算器的速度遠超美國。

6月25日發布的榜單顯示，中國企業和政府製造的超級計算器在500強榜單中占206台，逐漸成為最高產的超級計算器製造者。上榜的超級計算器中124台由美國企業和政府設計與製造。美國多年主導超級計算器市場。

超級計算是中國在技術領域迅速崛起的步驟之一，引發了美國對中國的宏偉計畫和策略——以及這些進步的潛在經濟和地緣政治影響的擔憂。

在2017年秋天的一次評估中，美國國會的兩黨諮詢機構美中經濟安全審查委員會指出，超級計算是中國“政府齊心協力，實現主導先進技術的宏偉計畫”的一部分。 俄勒岡大學研究中國科學政策的專家薩特邁耶（Richard Suttmeier）指出，中國的起步很慢，但現在在穩步推進。中國真正開始發展超級計算是十年前。最初吸收外國技術，然後逐步發展自己的技術。

超級計算器技術偶爾會成為美國與中國之間的貿易問題。比如2015年，華盛頓拒絕向英特爾頒發許可證，致使其無法向中國的四個超級計算器實驗室出售微處理器晶片。華盛頓稱這四家超級計算器中心是在為中國軍方研發技術。

中國超算走向“綠色”

不過，超級計算器專家稱，這項出口禁令促使中國加快了自己的發展速度。

“中國吸取的教訓是，不能依靠美國。”唐加拉教授說，“他們正在嘗試用中國自己的技術取代所有西方技術。”

在上半年的500強榜單中排名前五的製造商中，中國公司占三家。聯想第一、浪潮第三、中科曙光第五。慧與（Hewlett-Packard Enterprise）和克雷（Cray）這兩家美國公司分列第二和第四。

近年來，超算更加強調綠色節能，中國的進步也可圈可點。兩台由中科曙光開發的超算進入了按能效排名的“綠色超算500強”前10名。

2015年底到2016年底，中國超算曾三次進入“綠色超算”十強，此後該排名一直由日本、美國和瑞士等國占據。最新公布的榜單中，排名第一的是日本的“菖蒲系統B”，中科曙光的HKVDP系統和“先進計算系統Pre-E”分列第六和第十名。

中美兩國在超級計算器領域“你超我趕”的形勢仍在繼續。唐加拉認為，非量子計算框架下的超級計算器算力仍有增長潛力，“並沒有受到限制，我們還在不斷升級”。

超級計算器的“下一頂皇冠”將是E級超算，即每秒可進行百億億次運算的超級計算器。要實現這一目標，超算系統規模、擴展性、成本、能耗、可靠性等方面均面臨挑戰。據有關人士介紹，中科曙光本周將在達拉斯舉辦的超算大會上推出新產品，為實現E級計算奠定基礎。今年5月在天津舉辦的第二屆世界智慧型大會上，中國國家超算天津中心也展示了新一代E級超算“天河三號”原型機。