近日，美國(guó)商務(wù)部發(fā)布了一份公告，決定限制英特爾公司（Intel）向國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心、長(zhǎng)沙中心、天津中心和國(guó)防科技大學(xué)出售“至強(qiáng)”處理器芯片（Xeon和Xeon Phi）。

記者了解到，廣州超算中心的天河二號(hào)原計(jì)劃在今年將計(jì)算能力從55PFLOPS升級(jí)到100PFLOPS（PFLOPS是peta flops縮寫(xiě)，表示每秒1千萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算速度），而“禁運(yùn)令”將直接影響這一進(jìn)程。

如今，丟了拐杖，沒(méi)了外援，會(huì)對(duì)中國(guó)“超算”產(chǎn)生怎樣的影響？中國(guó)“超算”如何在“挫折”中自立自強(qiáng)？

會(huì)干擾升級(jí)但不會(huì)造成損失

禁運(yùn)原因，眾說(shuō)紛紜。不少業(yè)內(nèi)人士將禁運(yùn)事件與天河二號(hào)的“四連冠”聯(lián)系起來(lái)。

在去年的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織發(fā)布了第44屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜，“天河二號(hào)”連續(xù)四次位居榜首。

這樣的“第一”依賴(lài)的是數(shù)萬(wàn)顆國(guó)外處理器芯片的支撐。中科院計(jì)算所高性能計(jì)算機(jī)研究中心主任張佩珩在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)介紹，天河二號(hào)使用了32000顆“Xeon”處理器和48000顆“Xeon Phi”協(xié)處理器。

中科院超級(jí)計(jì)算中心主任遲學(xué)斌表示，禁運(yùn)會(huì)對(duì)“天河二號(hào)”原本的升級(jí)計(jì)劃造成影響，使其難以持續(xù)領(lǐng)跑世界第一。

窮則變，變則通，通則達(dá)。對(duì)于禁運(yùn)，業(yè)內(nèi)科學(xué)家們似乎并沒(méi)有憂(yōu)心忡忡。

盡管升級(jí)計(jì)劃受影響，但這并不意味著“天河二號(hào)”無(wú)法升級(jí)。在中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能計(jì)算專(zhuān)業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張?jiān)迫�看�?lái)，像超微半導(dǎo)體公司（AMD）等其他公司有可能趁機(jī)取代Intel。

有機(jī)可乘的不只是國(guó)外企業(yè)。“國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也在發(fā)展自主的處理器，很快我們自己的處理器也能讓‘天河二號(hào)’升級(jí)到100 PFLOPS。升級(jí)的時(shí)間會(huì)推后，但對(duì)‘天河二號(hào)’整體上不會(huì)產(chǎn)生影響。”遲學(xué)斌說(shuō)。

今年3月26日，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司推出了新的“飛騰”FT-1500A系列CPU處理器，據(jù)該公司總經(jīng)理介紹，這種芯片可以實(shí)現(xiàn)對(duì)英特爾中高端“至強(qiáng)”處理器芯片的替代。與此同時(shí)，飛騰-1000高性能通用多核心處理器、神威1600等處理器也被寄予厚望。

此外，張佩珩表示，以“天河二號(hào)”為代表的國(guó)內(nèi)各大超算系統(tǒng)的應(yīng)用效率還可以進(jìn)一步深度挖掘。

“超算”要打強(qiáng)“芯”針

“禁運(yùn)令”一出，業(yè)內(nèi)有觀點(diǎn)預(yù)測(cè)，美國(guó)對(duì)中國(guó)上述四家單位限制銷(xiāo)售核心處理器芯片的決定，恰恰為國(guó)產(chǎn)芯片進(jìn)入市場(chǎng)拓展開(kāi)辟了空間。

在張佩珩看來(lái)，禁運(yùn)更像是一場(chǎng)“挫折教育”，讓中國(guó)超算系統(tǒng)在持續(xù)領(lǐng)跑“第一”的時(shí)候清醒了一下，倒逼我國(guó)進(jìn)行自主創(chuàng)新。

“我們要盡快把國(guó)產(chǎn)的處理器用起來(lái)，這樣就會(huì)加快研制的過(guò)程。沒(méi)有‘獨(dú)立自主，自力更生’的精神，總會(huì)遇到禁運(yùn)之類(lèi)的問(wèn)題。”遲學(xué)斌說(shuō)。

不過(guò)，在專(zhuān)家看來(lái)，國(guó)產(chǎn)替代并非朝夕之事。“Intel是國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)型廠商，占據(jù)了2014年全球半導(dǎo)體行業(yè)15%的份額。在生產(chǎn)能力和技術(shù)水平上，我們還有比較大的差距。”張佩珩透露，從整個(gè)鏈條來(lái)看，我國(guó)與美國(guó)的差距非常大，例如，目前Intel市售處理器采用的是最先進(jìn)的14nm 3D晶體管工藝，與這樣的技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)的各大芯片代工廠還有幾代的差距。

在張?jiān)迫�看�?lái)，要彌補(bǔ)這樣的差距，需要把國(guó)產(chǎn)處理器應(yīng)用的生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)鏈建立起來(lái)。“這不是簡(jiǎn)單一個(gè)發(fā)展硬件的問(wèn)題，是軟硬件、生態(tài)環(huán)境、使用環(huán)境、產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)問(wèn)題，需要持續(xù)的投入和發(fā)展。”張?jiān)迫�說(shuō)。

“處理器是一個(gè)國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)和科技能力的集大成體現(xiàn)，現(xiàn)在我國(guó)超算領(lǐng)域科研經(jīng)費(fèi)中的大部分資金都花在了進(jìn)口國(guó)外的處理器等元器件上，在基礎(chǔ)研發(fā)方面的投入嚴(yán)重不足。只有加強(qiáng)國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)的能力，進(jìn)行長(zhǎng)期的積累，才能彌補(bǔ)這種差距。”張佩珩感嘆。

現(xiàn)有能力尚未“吃干榨凈”

Intel創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）曾提出過(guò)一個(gè)“摩爾定律”。目前普遍的解釋是，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻一倍以上。

按照這樣的定律，平均每5年系統(tǒng)的計(jì)算能力就會(huì)提升10倍。為了保證性能不落后，“超算”至多每5年就要換代一次。而這五年內(nèi)，最重要的問(wèn)題就是如何把系統(tǒng)的效能發(fā)揮到最大。

“再好的水果，不及時(shí)吃就會(huì)爛掉。”張佩珩說(shuō)，對(duì)于中國(guó)的“超算”來(lái)說(shuō)，這個(gè)“果子”已經(jīng)比較“好看”，但如何做到“好吃”才是更重要的問(wèn)題。

“現(xiàn)在‘超算’系統(tǒng)，大型應(yīng)用的效率普遍低于10%，甚至只有3%到5%。同時(shí)，系統(tǒng)的利用率也還遠(yuǎn)未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。”張佩珩建議，短期之內(nèi)“超算”可以不必著急升級(jí)硬件，更應(yīng)該把主要力量放在系統(tǒng)利用率和應(yīng)用效率的提高上，把現(xiàn)有資源用好。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)軟件應(yīng)用的投入不斷增加，但與國(guó)外相比似乎還顯得“薄弱”。張?jiān)迫�告訴記者，在我國(guó)，整個(gè)項(xiàng)目預(yù)算的10%左右投入在軟件應(yīng)用的研發(fā)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家能達(dá)到30%，美國(guó)更高，在30%至50%左右。

由于軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)耗時(shí)較長(zhǎng)，持續(xù)的支持更為必要。“比方說(shuō)大氣科學(xué)領(lǐng)域的地球模式模擬軟件，國(guó)際上從上世紀(jì)七八十年代到現(xiàn)在，已經(jīng)持續(xù)做了三四十年。在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)方面，國(guó)家應(yīng)該有一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)支持的科技計(jì)劃和合理的評(píng)價(jià)體系。”張佩珩說(shuō)。

他認(rèn)為，我國(guó)在完善軟硬件體系的同時(shí)，還要著手布局新的研究方向，如量子計(jì)算、光子計(jì)算、超導(dǎo)計(jì)算、生物計(jì)算等，盡早開(kāi)展對(duì)E級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和后續(xù)系統(tǒng)的新技術(shù)路線的研究工作，在埋頭苦干的同時(shí)也要抬頭看路。