“前沿”超级计算机的内部结构，管道网络中的水可以冷却系统中成千上万的计算机芯片。 Oak Ridge National Laboratory/Hewlett Packard Enterprise
田纳西州一台功能强大的新型超级计算机让美国在计算速度上重新夺回了令人艳羡的世界第一，对于这项在科学、医学和其他领域发挥重大作用的技术来说，这是一大里程碑。
这台位于橡树岭国家实验室的巨型计算机名为“前沿”，该实验室周一宣布，在研究人员用于对超级计算机进行排名的一组标准测试中，它成为了首台取得每秒百亿亿次运算性能的计算机。几年前，美国能源部承诺投入18亿美元，打造三个具有科学家所谓“百亿亿次级”性能的系统。
但伴随世界第一而来的，还有一个警告。一些专家认为，在百亿亿次级计算的竞争中，“前沿”比不上中国的两个计算机系统，后者的运营商还没有提交测试结果，供监督“500强排名”的科学家评估。专家们表示，他们怀疑美中之间的紧张关系可能是中国没有提交测试结果的原因。
“传言说中国是有些东西的，”田纳西大学计算机科学的杰出教授杰克·唐加拉说，他帮助领导500强排名的评选工作。“就是没有官方的说法。”
长期以来，超级计算机一直是国际竞争的焦点。这种房间大小的计算机最初被用来破解密码和设计武器，但如今也在疫苗研发、测试汽车设计和模拟气候变化方面发挥着重要作用。
几十年来，美国技术一直主导着该领域，但中国现已成为一股主导力量。2016年至2018年，“神威·太湖之光”系统的运算速度被评为世界第一。在最新的500强排名中，中国占到137台，美国则有126台上榜。
日本上榜数量较少，但仍是强有力的竞争者。2020年6月，神户的“富岳”系统取代了橡树岭国家实验室的IBM系统，跃居榜首。
“前沿”让该实验室重回榜首位置。这一系统由慧与科技研发，使用了两种来自超微半导体公司的芯片，在500强评选组织的测试中，其运算速度是“富岳”的两倍多。
2017年，橡树岭国家实验室负责人托马斯·扎卡里亚与实验室里一台更早期的超级计算机。 Shawn Poynter for The New York Times
“这是我国的荣耀时刻，”橡树岭国家实验室负责人托马斯·扎卡里亚在德国一个行业活动的线上简报会上说。“它在提醒大家，我们仍可以追求超越我们自身的东西。”
扎卡里亚表示，该系统由74个机柜组成，每个机柜重达3600公斤，由于疫情和供应链危机导致的零部件获取问题，打造这个系统变得更加困难。但他预测，“前沿”很快就能在研究新冠影响和帮助过渡到更清洁能源等方面发挥重大作用。
中国研究人员以往也曾参与该评选。但由于美国采取了一系列措施来限制中国技术的进步，包括让一些中国企业更难获得可用于制造超级计算机的外国芯片，中国对超级计算机技术进步的宣传变得更加低调。
但中国在国产微处理器的设计上已经取得了重大进展，这是超级计算机升级的关键。该领域的权威、亚洲科技资讯公司负责人戴维·卡汉纳去年就曾经描述过中国两台百亿亿级超级计算机的细节，称它们都使用了自己的芯片技术。
根据卡汉纳在一次技术会议上分享的演示，其中一台是早期“神威”超级计算机的迭代，名为“海洋之光”。另一台“天河三号”则是“天河-1A”的迭代，后者在2010年成为了中国首台位居500强榜首的超级计算机。
去年11月就有更多证据表明，中国突破了百亿亿次级计算的障碍，当时14名中国研究人员获得了国际计算机协会颁发的声名显赫的戈登贝尔奖，表彰他们在新的“神威”系统上以百亿亿次级的计算速度进行了量子电路模拟。研究人员在一篇技术论文中报告称，橡树岭国家实验室此前最快的超级计算机完成这种运算估计需要一万年，而中国的系统仅需304秒。
“他们算是泄露了自己的超级计算机达到了百亿亿次级，”海伯利安研究公司的分析师史蒂夫·康威表示。“很多人的推测是，他们不希望引来美国的进一步制裁。”
康威和其他专家表示，他们认为这些中国新计算机的芯片产自台湾，“前沿”使用的关键芯片也是如此。他说，中国的先进芯片制造能力依然远远落后。
除了助力科学研究，橡树岭国家实验室的超级计算机还能帮助供应商推广一些新产品。扎卡里亚说，慧与科技在2019年收购了超级计算机行业的先驱企业克雷公司，后者研发出“SlingShot”网络技术，对“前沿”的性能产生了重大影响。
超微半导体公司不仅贡献了微处理器，还有一种图形处理芯片，此前主要被用于竞争对手英伟达的超级计算机。这两种超微半导体芯片也被百亿亿次级系统“酋长岩”选用，该系统计划于2023年安装在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
伊利诺伊州阿尔贡国家实验室的第三台百亿亿次级超级计算机原计划于2021年交付，该系统使用了英特尔的三种芯片。但英特尔的制造问题导致了延误，该系统预计将在今年晚些时候推出。
美国首台E级超算为何登顶全球？外媒：中国E级超算已运行一年多，不参加国际排名了
当地时间5月30日，国际超算组织“TOP500”发布的榜单显示，美国最新推出的E级（每秒浮点运算百亿亿次）超算“Frontier”成功登顶全球，连续两年“霸榜”的日本超算“富岳”排名落到第二，芬兰新部署的超算“LUMI”挤进前三，成为欧洲超算领域的代表。
本次榜单中，以往连续多年登顶榜单的中国超算并没有出现在前五名中。由于欧美新型超算的出现，上届排名第四的“神威·太湖之光”这次被挤到第六，广州国家超算中心的“天河二A”由上次的第七降到第九。从榜单数据来看，中国超算已明显落后于美日欧的顶级超算。
然而有意思的是，就在本次榜单发布不久前，英媒《金融时报》曾以《美国急于在超算竞赛中赶上中国》为题发布报道称，中国已在美国之前实现E级超算，首台E级超算已经运行一年多，只是没有参加排名，“中国企业现在更专注国内竞争，而不是国际对手在做什么”。
美国首台E级超算“Frontier”
美国首台E级超算露面
全球超算500强榜单由“TOP500”编制，每半年发布一次。
2022年上半年的榜单显示，排名第一的是美国能源部下属橡树岭国家实验室（ORNL）的超算“Frontier”。该超算基于最新的HPE Cray EX235a架构，配备AMD EPYC（霄龙）64C 2GHz处理器，拥有约873万个内核，并依靠千兆以太网进行数据传输。
根据 Linpack基准测试，“Frontier”峰值性能达到1.102 Exaflop/s（每秒110.2亿亿次）。
“TOP500”在新闻稿中评论称，Frontier成功突破了1Exaflop的障碍。这使得该超算不仅成为有史以来最强大的超算，也是第一台真正具有百亿亿次浮点运算能力的机器。
值得注意的是，Frontier在提供惊人算力的同时，能效也十分出色。“TOP500”指出，Frontier的能效达到52.23 gigaflops/W，在“GREEN500”榜单上位居第二，仅次于美国的Frontier TDS系统，这体现出提高能源效率正在成为高性能计算设施的重中之重。
“TOP500”网站截图
本次榜单排名第二的是日本超算“富岳”，它曾在之前四次排名中位列第一，拥有约763万个内核，也是世界上第一台基于ARM架构处理器的超算。数据显示，“富岳的”Linpack基准测试峰值性能为442 PFlop/s（每秒44.2亿亿次），不到“Frontier”的一半。
在富岳被Frontier超越后，《日经亚洲评论》5月30日报道指出，日本面临的问题是如何制定“后富岳”时代的战略，开发大型超算需要近8亿美元预算，而日本的公共财政状况正不断恶化。在全球超算竞赛中，日本正努力跟上领先者的步伐。
榜单第三名由芬兰的新来者“LUMI”占据。该超算与Frontier一样，使用的是AMD第三代EPYC处理器，拥有约111万个内核。根据Linpack基准测试，这台隶属于欧洲高性能计算联合事业部的超算，性能为151.9 Pflop/s（每秒15.19亿亿次），略高于排名第四的美国超算“Summit”。
前十名中，还有一位来自法国的新来者“GENCI-CINES”。该超算Linpack基准测试性能为46.1 Pflop/s（每秒4.61亿亿次），排名第十，同时是欧洲排名第二的超算，仅次于LUMI。
榜单四到九名，都是以往长时间排名靠前的超算。
例如，第四、第五分别为美国超算“Summit”和“Sierra”，第六是中国超算“神威·太湖之光”，第七、第八是美国超算“Perlmutter”和“Selene”，第九是中国超算“天河二A”。
其中，“神威·太湖之光”部署在国家超算无锡中心，采用的是申威SW26010 260C处理器，拥有约1065万个核心，Linpack基准测试峰值性能为93.01 PFlop/s（每秒9.30亿亿次），2016年部署以来曾连续四次登顶全球。
“天河二A”目前部署在国家超算广州中心，采用的是英特尔Intel Xeon E5-2692v2 12C处理器（也是本次榜单前十名中唯一采用英特尔处理器的超算），拥有约498万个核心，Linpack基准测试峰值性能为61.44 PFlop/s（每秒6.14亿亿次）。
在“神威·太湖之光”之前，“天河二号”曾连续六次位居全球超算榜单第一。
中国超算“神威·太湖之光”（资料图）
超算是专门用来解决计算规模超级大、数据量超大、超复杂的科学、工程和产业问题的计算机，一直是大国争夺的科技制高点，它可以被用于高度复杂系统的模拟，例如气候模型和核爆炸影响的预测，还可以被用于汽车、材料、制药等诸多行业。
英国专家甚至表示，在破解加密等机密领域的使用，也可能使超算成为国家安全方面的关键工具。
今年3月初，中山大学国家超算广州中心主任卢宇彤在接受采访时指出，中国超算之所以能在短短30年内，实现跨越式发展，首先是巨大的需求推动。进入21世纪，无论是前沿科学研究、重大工程建设、还是产业技术创新，都对超级计算有着巨大的需求。更重要的是，中国超算研究团队在同等时间内付出更多努力，取得更多技术创新。
然而，在“神威·太湖之光”等超算连续霸榜多年后，中国超算近两年在“TOP500”榜单中表现并不显眼。尤其是随着美国首台E级超算的亮相，更显得中国超算已经“掉队”。但这是否真的意味着中国这个超算大国已在全球竞争中落后？
外媒称中国E级超算没有参加排名
美国首台E级超算亮相，其实早已在业内预料之中。
5月18日，英国《金融时报》就曾发布报道称，美国正在组装测试E级超算，意味着该国即将进入超算新时代，计算性能实现十年一次的飞跃，这将对气候变化研究和核武器试验等多个领域产生重大影响。
但该报道话锋一转又表示，通常由这些突破引发的全国性“自豪”可能会被压制，因为中国已经率先实现了E级超算，并且在建设新一代超算的道路上走的很好，目前处在领先地位。
英国《金融时报》报道截图
亚洲技术信息项目（Asian Technology Information Program）主任大卫·卡哈纳最近发布的报告显示，中国首台E级超算已经运行一年多，第二台E级超算也已开始运行，但都没有参与全球超算排名，也没有正式亮相。英媒称，该项目的研究被广泛认为是最权威的。
实际上在半年前“TOP500”上一次榜单发布时，美国科技媒体“The Next Platform”就曾发文称，中国正在运行两台E级超算，分别是“神威·海洋之光”（Sunway Oceanlite）和天河三号（Tianhe-3）。
根据该报道，“神威·海洋之光”是“神威·太湖之光”的继承者，采用拥有4200万内核的处理器。在Linpack基准测试中，其峰值性能达到每秒1.3百亿亿次。如果这一数据属实，“神威·海洋之光”的峰值性能，要高于本次榜单第一的美国超算“Frontier”。
中国其实早就在E级超算领域展开布局。2020年1月，国内就有官方媒体报道称，神威E级原型机、“天河三号”E级原型机和曙光E级原型机等三个不同技术路线的原型机系统已全部完成交付。
美国超级计算专家杰克·唐加拉（Jack Dongarra）表示，中国的超级计算项目可以追溯到20多年前，它的发展导致该领域出现一种“令人震惊的局面”，中国现在领导着世界，“我认为，他们能够在很短的时间内建立一个基于他们自己技术的系统，这令人印象深刻”。
在本次“TOP500”榜单中，中国共上榜173台超算，占据榜单总数的34.6%，与上期持平，是上榜超算数量最多的国家。而美国从上期的149台上榜超算降到本期的127台，占比为25.4%。换句话说，中美两国的超算占据了“TOP500”的60%，排在第三的日本占比为6.8%。
全球500强超算国家和地区分布
观察者网注意到，如果以供应商来排名，中国企业同样占据着主要地位。在本次“TOP500”供应商榜单中，联想以提供160台超算排名第一，浪潮提供了50台超算，曙光提供了36台超算，华为提供了7台超算。这四家企业提供的超算占据了全球超算500强榜单的51%。
“TOP500”超算供应商份额
在全球超算竞争中，美国曾不断以政治手段对中国超算发展加以阻挠。2019年，美国曾对中国5家与超算相关的实体进行出口管制，一年后又将7家中国相关实体列入“实体清单”。《金融时报》称，美国第二波制裁是在中国首台E级超算开始运行后的一个月内实施的。
亚洲技术信息项目主任卡哈纳称，虽然美国正在开发三台E级超算，但中国的计划更多。他在一份研究中称，中国企业现在更关注国内竞争，而不是国际竞争对手的所作所为。卡哈纳甚至建议，随着全球竞争加剧，美国应该考虑放松对华制裁以“深入了解”中国超算的发展。
但需要指出的是，尽管外媒宣称中国超算技术领先世界，但如果以每台超算的平均算力来看的话，中国超算的整体实力似乎仍逊于日美。
根据本次“TOP500”榜单，中国以173台超算实现了5.3亿GFlops的实测性能（Rmax），而美国以127台超算实现了20.8亿GFlops的实测性能，日本更是仅凭34台超算就实现了6.3亿GFlops的实测性能。在供应商方面，联想以160台超算提供了4.47亿GFlops的实测性能，而美国慧与科技（HPE）以96台超算提供了19.29亿GFlops的实测性能。
“TOP500”超算供应商提供的算力份额
当然，这其中可能存在如外媒所说的中国E级超算没有参加排名的影响。
今年3月，中山大学国家超算广州中心主任卢宇彤在接受中新社采访时评论称，目前美国仍是超算领域最具竞争力的国家，日本超算系统研制和应用的水平比较高而且有特色，欧洲虽然在超算系统研制方面投入比较少，但他们的超算应用能力比较强。中国近年来超算系统和应用都取得了快速的发展，进入世界领先行列，世界超算领域各国交替领先的态势仍将持续较长时间。
她同时透露，基于自主技术的新一代E级计算系统研制方面，中国的进展比较顺利。中国将运用E级超算，支撑超高分辨率气候气象预报、大规模航空航天数值风洞、地震地质研究和油气能源勘探、生命科学与基因工程等一系列超大规模计算与模拟。在未来相当长时间内，超算仍将是唯一的高端计算平台，也是世界各国激烈竞争的重点领域。
附：2022年5月“TOP500”超算榜单前十名
全球500强超算国家分布：
全球500强超算供应商：
