中國超算產(chǎn)業(yè)危與機

美國政府的一紙禁令，讓中國超級計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蒙上了一層陰影。

4月9日，美國多家媒體披露，美國政府把與超級計算機相關(guān)的4家中國機構(gòu)列入限制出口黑名單。

4家中國機構(gòu)分別是中國國防科學技術(shù)大學、國家超級計算機長沙中心、國家超級計算機天津中心和國家超級計算機廣州中心，在美國商務(wù)部發(fā)布的公告中，認定4家機構(gòu)“涉及違反美國國家安全或外交政策利益的活動”。

如果有美國公司要向名單上的4家中國機構(gòu)出售相關(guān)技術(shù)，必須先向美國政府申請出口許可。但正如公告所指出的那樣，這類許可的申請“通常會遭到政策性的拒絕”。

超級計算機是當前運算速度最快的大容量大型計算機，是計算機領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”，也是解決國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、科學進步、國家安全和國防建設(shè)等領(lǐng)域一系列重大挑戰(zhàn)性問題的重要手段，已成為世界各國特別是大國爭奪的戰(zhàn)略制高點。

在國家863等多個科技計劃的持續(xù)支持下，中國超級計算機已經(jīng)取得了長足發(fā)展，其中不乏一些在全球超算產(chǎn)業(yè)都極為輝煌的戰(zhàn)績，比如，著名的天河二號在國際TOP500組織首次正式發(fā)布的超級計算機高性能測試排行榜上，連續(xù)拿下過4次冠軍。

不過，看似光鮮的名次背后，是以處理器為代表的關(guān)鍵器件，依然要依賴于從英特爾等美國科技企業(yè)進口，自主核心關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用水平，一直與美國、日本等發(fā)達國家存在較大差距，其中的隱患不言而喻。

如此看來，美國禁令不僅是中國超級計算機產(chǎn)業(yè)的一次危機，從另一個角度，它更提醒中國超級計算機產(chǎn)業(yè)，該痛定思痛了。

中國超算應(yīng)用水平差距明顯

中國超級計算機的整機硬件研制水平已經(jīng)從國際先進行列步入世界領(lǐng)先水平。但是，輝煌成就的取得，并不意味著我國的超級計算技術(shù)總體上已經(jīng)領(lǐng)先歐美，躍居世界第一。

事實上，我國在超級計算機的核心技術(shù)、超級計算的應(yīng)用水平等方面與美國、日本等發(fā)達國家相比仍有較大差距。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：

首先，核心關(guān)鍵技術(shù)積累不足：我國超級計算機的研制仍然主要依靠國外的處理器和關(guān)鍵器件，在核心關(guān)鍵技術(shù)例如高性能處理器、高速互連、存儲器件、并行系統(tǒng)軟件、大規(guī)模并行算法等方面的基礎(chǔ)性研究積累不足，與世界先進水平相比仍然落后。

其次，超算中心缺乏可持續(xù)發(fā)展的機制：由于缺乏穩(wěn)定的運行經(jīng)費，超級計算機大都開工不足，導致超算資源不能充分利用，難以實現(xiàn)超算資源的共享。

再次，超級計算應(yīng)用水平差距大：我國超級計算應(yīng)用的水平和普及程度與美國、歐盟、日本等相比差距很大。大型計算軟件基本依賴進口，進口的并行應(yīng)用軟件不僅價格高，而且在并行規(guī)模上受到限制，制約了我國高性能計算應(yīng)用水平的提高。

最后，跨學科高素質(zhì)人才不足：超級計算是學科交叉的典型領(lǐng)域，但是我國學科交叉協(xié)作尚未形成風氣，缺乏鼓勵學科交叉合作的具體機制和組織保障。高水平人才，特別是既懂信息技術(shù)，又掌握領(lǐng)域?qū)ｉT知識的人才的缺乏，成為我國高性能計算發(fā)展的瓶頸。

總之，從核心技術(shù)上看，我們還有很多技術(shù)方面需要完善，如研發(fā)新型使能技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)、降低能耗、優(yōu)化系統(tǒng)軟件、加大對應(yīng)用軟件的支持力度等。

從整個超級計算大環(huán)境看，以曙光、天河等為代表的超級計算機系統(tǒng)只是超級計算生態(tài)環(huán)境中的重要一環(huán)，我們還需領(lǐng)域物理模型、大型應(yīng)用軟件、交叉人才培養(yǎng)等多個其它環(huán)節(jié)的同步發(fā)展，才能維持我國超級計算生態(tài)環(huán)境的健康有序發(fā)展。

超級計算，歸根到底，是一個應(yīng)用導向的項目，所有的超級計算機，都應(yīng)該是為了解決應(yīng)用問題才研發(fā)的。所以說，應(yīng)用最為關(guān)鍵。中國的超級計算機研制，也應(yīng)該以應(yīng)用為導向、以解決應(yīng)用問題為目標，而不是以沖擊TOP500榜首為目標。

當今我國的經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)和國家安全都面臨諸多重大挑戰(zhàn)性問題，它們的解決都離不開超級計算的強力支撐。深入研究并理解國家許多重要行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)Τ売嬎闾岢龅木薮笮枨?，是今后發(fā)展超級計算技術(shù)的重中之重。

啃下自主核心技術(shù)硬骨頭

我國未來發(fā)展超級計算的主要目標，是面向國家經(jīng)濟與社會重大挑戰(zhàn)性應(yīng)用需求，以自主技術(shù)為主，突破超級計算機和大規(guī)模并行計算應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，形成自主可控的技術(shù)體系和產(chǎn)品體系，保持和發(fā)展國際領(lǐng)先的超級計算機研制能力，大力推進高性能計算應(yīng)用，為解決國家發(fā)展面臨的重大戰(zhàn)略性應(yīng)用問題、提高我國的綜合國力和科技競爭力提供支撐。

為了實現(xiàn)我國超級計算領(lǐng)域的長期可持續(xù)發(fā)展，沒有捷徑可走，仍然要啃下自主核心技術(shù)這塊硬骨頭，具體而言，又有一些對策建議值得考量。

制訂我國超級計算機及應(yīng)用的長期發(fā)展規(guī)劃。加強該領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略研究，認真吸取美國、日本、歐盟等世界發(fā)達國家的先進經(jīng)驗，制訂我國超級計算機及應(yīng)用領(lǐng)域10到20年的長期發(fā)展規(guī)劃。明確各個階段的目標、任務(wù)、技術(shù)路線以及實現(xiàn)長遠目標的具體步驟，扎扎實實地向前推進。

保證國家對超級計算技術(shù)的持續(xù)投入。鑒于超級計算對于國家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略重要性，國家應(yīng)對該領(lǐng)域持續(xù)投入，使我國保持在該領(lǐng)域的優(yōu)勢地位。

建議根據(jù)國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃和國家重大應(yīng)用需求，通過國家科技計劃，引導產(chǎn)學研用密切合作，形成合力，推動高性能計算機和高性能計算應(yīng)用的不斷進步。

落實促進超級計算的長效發(fā)展機制。超級計算的可持續(xù)發(fā)展不僅需要中央政府的長期投入，還需要應(yīng)用部門、研發(fā)部門和地方政府的積極性。必須解決體制、政策和機制上的問題，落實超級計算的長效發(fā)展機制，通過合理有效的機制，鼓勵各方的投入。

例如，設(shè)立高性能計算基金，基金主要用于超算中心的運行經(jīng)費，以免費機時的形式資助迫切需要使用高性能計算的項目。

在保證政府投入的同時，還要鼓勵高性能計算服務(wù)的提供者探索商業(yè)運營機制，通過提供有償?shù)母哔|(zhì)量服務(wù)，獲得除政府經(jīng)費之外的輔助資金來源，以保證高性能計算基礎(chǔ)設(shè)施有充足的運行經(jīng)費，形成自我發(fā)展的良性循環(huán)。

加大對高性能計算應(yīng)用軟件研發(fā)的支持力度。要切實加大對高性能計算應(yīng)用軟件研發(fā)的支持力度，選擇重要的應(yīng)用領(lǐng)域，建立長期的高性能計算應(yīng)用軟件發(fā)展計劃。

不僅在超級計算機研發(fā)過程中要同步開展應(yīng)用軟件的開發(fā)，更要在機器使用的全生命周期內(nèi)持續(xù)開發(fā)應(yīng)用軟件，逐步改變我國大型并行應(yīng)用軟件依賴國外的被動局面。高性能計算應(yīng)用軟件的研發(fā)要突出多學科的協(xié)作，提高大規(guī)模并行軟件的技術(shù)水平。

加強高素質(zhì)跨學科人才的培養(yǎng)。我國高校應(yīng)加強對高性能計算人才的培養(yǎng)。有條件的高校應(yīng)設(shè)立高性能計算本科學科方向和研究生培養(yǎng)方向，理工科本科生應(yīng)把計算作為基礎(chǔ)課程，加強計算建模方法、并行算法設(shè)計、算法實現(xiàn)與優(yōu)化等方面的知識學習和技能訓練，使學生具備用計算解決實際問題的基本能力。

對高性能計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)給予優(yōu)惠政策。對高性能計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)給予優(yōu)惠政策，包括所得稅減免、降低關(guān)鍵器件進口關(guān)稅、出臺高水平人才引進政策等，鼓勵企業(yè)在技術(shù)攻關(guān)、新產(chǎn)品研發(fā)等方面增加投入。

對于提供高性能計算資源服務(wù)和應(yīng)用解決方案的新興高性能計算服務(wù)產(chǎn)業(yè)，要特別加以扶植，幫助其成長壯大，促進高性能計算應(yīng)用的普及。

促進形成超級計算的良好生態(tài)環(huán)境。所有計算機產(chǎn)品都是在技術(shù)推動和應(yīng)用拉動下形成的。超級計算也不例外。著力發(fā)展應(yīng)用算法和軟件產(chǎn)品;超大型系統(tǒng)主要由應(yīng)用部門投資、按需定制;普通系統(tǒng)走市場化自由競爭的發(fā)展道路。

要重視大型系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)在中小型系統(tǒng)中的下移、普及和產(chǎn)品化。努力用好已經(jīng)建成的超算中心。用機器的費用列入經(jīng)常預算科目。因為自然科學和許多工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究是超級計算的重要用戶，應(yīng)允許相應(yīng)科研項目中列支的設(shè)備購置費挪作設(shè)備租用費（或計算費），從而擴大研究投入的計算效益。

建立超級計算的標準化體系。超級計算是一個異常復雜的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)十年來積累了大量的技術(shù)和軟件產(chǎn)品，研究人員仍在不斷探索更方便的使用模式。

為了便于應(yīng)用軟件在更多硬件平臺和新一代硬件平臺上的移植，有效利用歷史上在軟件開發(fā)方面的大量投入，迫切需要建立關(guān)于超級計算的標準化體系。

這個體系涉及硬件接口、硬件與軟件接口、通信協(xié)議、編程模型、程序開發(fā)和調(diào)優(yōu)環(huán)境、調(diào)試和排錯工具、可靠性與可用性模型等諸多方面，從而使不同研制單位、廠家、用戶的產(chǎn)品或模塊可以互連、互通，保持硬件、軟件系統(tǒng)的兼容性和互操作性，從而使超級計算機真正成為解決挑戰(zhàn)性問題的重要手段。

（作者為曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司總裁）