這就是中國優勢 | 科技優勢（十二）中國超算：全球超算TOP500中國上榜最多

【導語】“可上九天攬月，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還。”這是一種豪情與詩意，也是當今中國正創造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待，推開了一扇扇嶄新世界的大門：空間探測、生物醫藥、人工智慧、量子科學……中國科技創新的步伐從未停止。正如習近平總書記所説，一切偉大成就都是持續奮鬥的結果，一切偉大事業都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。

在今年最新發佈的全球超級電腦500強(TOP500)榜單中，中國共有173台超算上榜，上榜總數蟬聯第一。榜單十強中有兩台來自中國，分別是位列第6的“神威·太湖之光”和第9的“天河二號”。TOP500榜單始於1993年，是對全球已安裝的超級電腦排座次的知名排行榜，每半年發佈一次。一直以來，中美兩國是上榜超算數量最多的兩個國家，超算500強中有近三分之二來自兩國。

超級電腦一向被稱為國之重器，是世界各國競相角逐的科技制高點，也是一個國家科技實力的重要標誌之一。經過幾十年的發展，中國超級電腦不但實現了單個運算速度領跑全球的突破，而且形成了較強的整體實力，已經位列世界前列。

世界上首臺峰值運算性能超過每秒十億億次浮點運算能力的超級電腦——“神威·太湖之光”。（圖源：中國國家網格官網）

中國超算問鼎世界之巔

超級計算，又稱高性能計算，是計算科學的重要前沿分支。超級電腦是能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦。其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，但規格與性能則強大許多，是一種超大型電子電腦。超級電腦是電腦中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類電腦，多用於國家高科技領域和尖端技術研究。如果把普通電腦的運算速度比做成人的走路速度，那麼超級電腦就達到了火箭的速度。在這樣的運算速度下，人們可以通過數值模擬來預測和解釋以前無法驗證的自然現象。

1983年12月22日，中國第一台每秒鐘運算一億次以上的“銀河”巨型電腦，由國防科技大學電腦研究所在長沙研製成功。（圖源：新華社）

中國第一台超級電腦是國防科學技術大學于1983年12月研製成功的“銀河-I”，這台電腦在國防建設和國民經濟發展中發揮了重要作用，中國也成為繼美國、日本之後，第三個能獨立設計和製作巨型機的國家。此後中國在超級電腦研製方面捷報頻傳，如國防科大、國家並行計算中心、中科院計算所、聯想集團等單位相繼推出了“銀河”“天河”“曙光”“深騰”“神威”等一系列國産超級電腦系統；2010年11月，中國千萬億次超級電腦“天河一號”以每秒2570萬億次的實測運算速度，成為當時世界運算最快的超級電腦，同時在世界超級電腦500強排行榜上首次問鼎冠軍；2013至2018年，中國“天河二號”和“神威·太湖之光”超級電腦連續排位第一名，實現世界超算“十連冠”。

40多年來，中國超級電腦研製從“銀河”實現零的突破，到“天河”連奪世界第一，再到新一代“天河三號”E級原型機研製成功，中國科研人員一棒接著一棒，實現了高性能計算從“跟跑”到“領跑”的歷史跨越。從全球超級電腦500強榜單來看，來自中國的超級電腦製造廠商份額不斷提升，中美兩國在這一領域你追我趕，數年內幾乎輪流做冠亞軍。截至2020年，中國科技部批准建立的國家級超算中心共有八所，分別位於天津、廣州、深圳、長沙、濟南、無錫、鄭州、昆山。中國超算規模不斷擴大，超算發展水準正在加速上升中。

超算能力迅猛增長的背後

“天河二號”超級電腦。（圖源：中國國家網格官網）

中國近些年在研發超級電腦的過程中取得了非常好的成績。根據中國電腦學會HPC專業委員會和中科院計算技術研究所統計，2002年，中國超級電腦平均性能僅為0.09TFlop/s(每秒浮點運算次數)，到2020年已經快速發展到3842TFlop/s，增加了4萬多倍。根據最新發佈的2021中國超級電腦性能TOP100榜單，2021年全部上榜的100台超算系統的平均性能，相比2020年提升達79%。2021年排行第一的超級電腦的性能是2020年的1.34倍，2021年排在榜尾的超級電腦的性能是2020年的1.06倍。

值得關注的是，中國在超算應用也有很大進步。過去十年，中國科學家依託國內頂尖超算系統，多次入圍高性能計算應用領域的國際最高獎“戈登·貝爾獎”，並在2016年首次摘獎。此後，2017年、2021年再次獲獎(2020年的“戈登·貝爾獎”由中美科學家聯合團隊摘得，這支8人團隊中有7張中國面孔)。

對於中國超算的迅速增長，發佈全球超算500強榜單的國際TOP500組長曾表示：“隨著多家中國生産商在高性能電腦領域日益活躍，中國企業作為生産商正在佔據這一領域的更大份額。”美國加利福尼亞大學河邊分校的超級計算實驗室負責人陳子忠認為，這一進步“是中國電腦專家長期努力的結果，也是中國近年來經濟高速發展的體現。這表明，中國與美國在綜合國力上的差距越來越小”。

超級電腦不是只會“計算”

“神威·太湖之光”超級電腦的交換機網線。（圖源：新華社）

國家超級計算濟南中心副主任潘景山將超算的功能總結為“三算”：“從算天、算地，再到算人，未來是一切皆可算。”超級電腦的價值，除了對電腦科學本身的貢獻以外，更重要的是在超級電腦的支撐下解決了重大科學與工程應用領域的關鍵問題，促進了相關應用領域的快速發展，超級計算為解決國家經濟建設、科學進步、國家安全等一系列重大挑戰性問題提供了不可替代的重要手段。

交通工具製造：超級電腦可用來認識和改進汽車、飛機或輪船等交通工具的空氣/流體動力結構、燃料消耗和防撞強度，並幫助減少噪音，提高乘坐者舒適度。

氣候問題：借助超級電腦建模預測氣候變化，防範和減輕氣候變化帶來的破壞。

生物資訊：從基因學的數據密集型研究到細胞網路模擬和大規模系統建模，超級電腦將幫助尋找疾病治療的革命性方法。

地震監測：超級電腦對地震的模擬將幫助我們探索地震預測新方法，通過預警減少地震人財物傷亡和損失的風險。

地球科學：地球物理學涉及大量數據處理和模擬，超級電腦在石油勘測等方面具有潛在和巨大的經濟效益。

天體物理：超級電腦模擬是天體物理學的基礎，通過模擬時間進程並加速，可對天體演變進行建模和理論試驗。

公共健康：超級電腦可對影響社會的健康和安全事件進行模擬，為可能發生的大規模污染和災難等提出應對措施和規劃。

材料科學：基於對物質和能量的密集計算模擬，或許能發現具有很高經濟效益的物質和反應。

人類/組織系統研究：宏觀經濟學和社會動力學的研究同樣需要超級電腦，比如對大量人口行為進行模擬。

習近平總書記在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會的講話中提到，“著力推進面向國家重大需求的戰略高技術研究，超級電腦連續10次蟬聯世界之冠，採用國産晶片的‘神威·太湖之光’獲得高性能計算應用最高獎‘戈登·貝爾獎’……”未來，中國超級電腦將會在越來越多的科學研究、積極創新中大顯神威，超算應用也將更多地用於解決日常生活中的種種難題，讓更多的人感受和共用中國超算領域發展的碩果。

(資料來源：中國科學院、中國科學報、新華社、人民日報、科技日報)