中美對抗持續升級，超級計算機霸主花落誰家？
美國科技圈最近鬧了個大新聞 —— Summit (頂點）超級計算機以每秒20億億次的計算速度，超過曾經計算速度居世界首位的中國神威·太湖之光。
20億億次每秒，是個啥概念呢? 也就是說，你想人工手算達到Summit一秒的計算量？那你得準備好63億年！
但是，自2013年以來，從天河到神威，一直是中國穩坐超級計算機的第一把交椅。
這一次，中國科技圈在繼中興被罰、華為被查、關稅被加等事件後，又被美國將了一軍！
這一次對中國的打擊有多大？中國元氣是否能快速恢復？而這超級計算機到底是什麼利器？其重要性在哪裡？今天，小探就用最通俗易懂的話語跟大家聊一聊超級計算機的故事。
還你一個真實的超級計算機
這次讓美國重回超級計算機寶座的Summit到底是個啥？先上圖。
這個大傢伙有多大呢？大概佔據了兩個網球場的空間。
我們普通電腦一般是一個計算伺服器，而Summit 使用了4608個！其中每個伺服器含有2個IBM公司生產的22核Power9處理器（CPU），和6個英偉達生產的Tesla V100圖形處理單元加速器 （GPU）。正是在這麼龐大的背景下，其浮點運算速度峰值才達到了每秒20億億次。造出這麼一台龐然大物，矽谷的兩巨頭IBM 和 Nvidia，功不可沒。
「Summit可是 IBM 人工智慧Watson的孫子」，IBM的CEO羅睿蘭驕傲地宣稱，同時也彰顯了IBM在人工智慧領域的雄心與其重回超算核心架構的決心。
而NVIDIA的CEO 黃仁勛則一再強調，從超級計算機Summit可以看到GPU才是未來。雖然CPU仍然是數據處理的中心，但GPU已經接管了大部分的工作負載。
在超級計算機的運轉過程中，這麼多伺服器，當然會拚命發熱。為了給這傢伙散熱，每分鐘需要有4000加侖的水流過，去帶走13兆瓦的熱量。打個比方，要想機器不被燒毀，你就必須得把一個15平方米的屋子裝滿水，每分鐘推走一個。不過還好，橡樹嶺國家實驗室周圍就有個水壩。
官方宣稱，Summit 耗資約2億美金，約合人民幣13億。而事實上，為了研發它，英偉達、IBM這兩大企業在過去的三年時間裡投入的人力物力絕對超過60億美金！也就是約合人民幣450億！
看來，超級計算機不僅能燒電，還很能燒錢。這是為啥呢？
在回答這個問題之前，咱們先開個腦洞。既然超級計算機被定義為一種「由數百、數千甚至更多的處理器(機)組成的，能計算普通PC機和伺服器不能完成的大型、複雜課題的計算機，」 那是不是多個計算機聯合起來就能組成一個超級計算機呢？
理論上可能，但現實並不可行。這是因為從構架設計來看，即使我們把100台蘋果 Mac 機連接起來，但是他們的算力並不會是每台機子相疊加的結果。這是由於通信是否能同步等技術層面的問題還有待解決，想讓這100台計算機的算力規模化（scale）還很難。
打個比方，住在北京的兩個人分別去上海和寧波取兩份快遞。結果一個回了，另一個半路拉肚子沒回來，那總部的人就要等著第二個人回來，整個任務才算完成。
而聯結的計算機越多，越容易出問題。這是因為內存、處理器、評判之間如何協作都需要細緻規劃與處理。並且，100台計算機的散熱問題如何解決業會讓人頭疼。這也是為什麼超級計算機一般會修建在水壩旁的緣故。
這樣看來，想要算力超強，還得靠專業實驗室里的超級計算機。換句話說，和普通計算機比，超級計算機設計的難點也就在於：如何實現大規模集成與互聯並行運算、節點間的交換、更高的效率與功耗比這三個方面。
解決這些問題，大量科研經費的支持必不可少。這也是超級計算機的研發燒錢的原因。
超級計算機到底有何用途？
這麼燒錢的大傢伙，那實際用途是不是很多？事實上並非如此。
超級計算機的實際應用範圍很小，與我們日常生活中最緊密相關的應用，可能只佔整個超級計算機應用的3%不到。
雖然超級計算機在進行特定的運算方面表現突出，但在處理一般工作時卻差強人意。這主要歸因與它的數據延遲過大。超級計算機雖然算的快，但需要你提前把一大堆數據送過去，想讓它即時傳輸數據？那還不如用普通電腦。
換句話說，你用超級計算機打遊戲，可能還沒有你的筆記本電腦更方便。
但是，對於特定產業而言，超級計算機與普通計算機相比確實有「超級」之處，這也是為什麼很多國家都願意在它的研發上面砸錢。
從應用上看，超級計算機常用於需要大量運算的工作，比如天氣預報、氣候研究、運算化學、分子模型、天體物理模擬、汽車設計模擬、密碼分析等領域。而相比之下，普通計算機在這些高精端領域，算力不足就體現得尤為明顯了。
小探採訪了一位曾在美國新墨西哥高級計算研究中心工作的工程師。據他介紹，他當年的研究主要是利用超級計算機計算量大這一特點來計算特定區域的風速與氣流狀況，從而來確定飛機的起飛方向。
「如果用普通計算機一次次模擬試驗，估計我可能現在還在實驗室吧。」
根據田納西州橡樹嶺國家實驗室 (Oak Ridge National Lab) Summit項目負責人介紹，Summit 是第一台既支持傳統計算也支持運行人工智慧應用程序的超級計算機。最近大火的機器學習和神經網路等運行都可以在其上實現。
相比較於之前的超級計算機，Summit的使用價值更高。比如，測試 Summit 時使用的人工智慧程序包括海量的報告和醫療圖像，這就可以用來嘗試發現基因與癌症的關係，還可以用來發現可能導致帕金森等遺傳特徵。
美國能源部長Rick Perry補充到：這台超級計算機的用途不僅僅在醫療領域，能源方面和網路安全它都幫得上忙！
同時，據了解，「迷你Summit」 —— 一種類似Summit的小型超級計算機已經開始和美國四家銀行展開合作，開始商業用途了。
如此看來，超級計算機在未來會在更多領域大施拳腳。可想而知，大國之間的競爭必然更多了。
叫我第一名
在超級計算機進入更多應用領域之前，各國之間的競爭又是為何？
來自英偉達的工程師K表示，對於Summit 的應用，目前來看，它還並沒有處於實戰狀態，所以結果不得而知。但是大國之間對於速度最快的角逐卻不得不讓人想起冷戰時期的「軍備競賽」。
而持有這一觀點的人也不在少數。
「超級計算(Supercomputing)」這一名詞早在1929年《紐約世界報》中首次出現。當時報道的內容是關於「IBM為哥倫比亞大學建造大型報表機(tabulator)」。
想法雖然好，但是真正落實到成品還是在近半個世紀後的1976年。美國克雷公司推出了世界上首台運算速度達每秒2.5億次的超級計算機——「克雷1號」，實現了當時絕無僅有的超高速——可持續保持每秒1億次運算。
之後， 美國、日本、中國等國家設計出的超級計算機分別突破了每秒萬億次、千萬億次、萬萬億次的運算大關。
從歷史上看，從70年代超級計算機誕生以來，美國就長期佔據著世界第一的位置。雖然在80、90年代，日本異軍突起，但只是曇花一現。直到近十年來，美國在超級計算機領域的霸主地位才被中國佔據。
中國於80年代開始了超級計算機的研發並於1983年12月4日由軍方主導研製成功銀河一號超級計算機。銀河系列的銀河超級計算機，使中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。
對於並行型計算機，在90年代開始研發神威超級計算機。2015年「神威太湖之光」用全國產CPU研製，其浮點運算速度峰值可達每秒12.5億億次，其一秒鐘的算力相當於一個人不間斷計算40億年。雖然其最快超級計算機的地位成為被美國的Summit在最近打破打破，但它的出現卻代表了中國在超級計算機領域的強大實力。
說到日本，人家也是超級計算機大戶。2011年，日本超級計算機「京」以每秒8162萬億次運算速度成為全球最快的超級計算機，時隔7年，日本再回超級計算機榜單榜首。
如此群雄逐鹿的超級計算機競賽到底意義何在？
對此我們可以劃分兩個維度來看待。從技術層面看，超級計算機在氣候研究、運算化學、分子模型、密碼分析等特定高尖端領域的作用確實有必要長足研究。並且，其實際應用場景也在不斷增加，比如Summit超級計算機與人工智慧的結合會在醫療、能源、網路安全等方面有所影響。
而從軍事實力角度來看，很多軍工剛面的特定研究需要藉助超級計算機的強大算力。並且，超級計算機的霸主地位通常意味著一個國家在科技領域的領先地位。尤其是對於民族自豪感的提升，更是一針催化劑。
在美國主流媒體的報道中，不乏「超過中國」「從中國奪回」等顯眼的字眼。在美國又開始激發民族自豪感的同時，這種罕見地與中國相提措辭讓我們看到了美國主流媒體終於清醒地意識到中國在科技領域的崛起。
也是從政治這個角度上，小探覺得更多的吃瓜群眾們最關心的會是中國又有沒有機會再重回霸主地位？
中國何時再登頂？
美國此次來勢洶洶，且做足架勢表示「後面還有呢！」據美國科技媒體報道，Summit可不是美國超級電腦領域的唯一殺手鐧。另一台名為Sierra的超級電腦，預計峰值算力可以超過每秒12億億次。雖然算力不及Summit的20億億次，但美國伯克利國家實驗室正進一步研發它。其實力也不可小覷。
但是，咱們不怕！
其實，早在美國當年在超級計算機霸主地位被中國佔據時，美國的數學、科技等基礎教育就曾被大家拿出來詬病。事實上，在基礎自然科學教育領域，美國已不再有昔日的一人獨大的地位。事實上，自從川普上台以來頒布的諸如減少大學研究所里自然科學領域的資金撥款、以及差點成行的博士生獎學金需要繳稅等政策，我們就可以看出美國基礎科學已有江河日下的苗頭。而基礎科學是計算機等眾多熱門專業的基石。基石被撼動，大廈豈有不傾之理？
同時，中國在超級計算機領域的實力不容小覷。就在Summit研製出的不久之前，國家超算天津中心當日對外展示了我國新一代百億億次超級計算機「天河三號」原型機。據了解，該超級計算機本月部署，年底正式投入使用。在被公認為「超算界的下一頂皇冠」百億億次的「E級超算」，中國不甘示弱，甚至可以說，是暫時領先。
小探相信，超級計算機的爭奪戰，未來會更精彩！吃瓜群眾拭目以待！
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