E級超算花落誰家

今年美國超級計算機勝過中國，成為世界最快的計算機。但是美國商務部的決策錯誤影響了美國的進步，中國超算三年後競爭第一的勢頭不可忽視。

中國國防科技大學宣布，未來3年內，將造出新一代“天河三號”E級超級計算機。E級超算，是指每秒鐘運算一百億億次的超級計算機。今年6月美國SUMMIT超算超過中國的神威太湖之光，登頂全球最快超算TOP500榜單之後，中國，美國，日本和歐洲，紛紛加快了研製速度。其中，中美日三國進度領先，都計劃在2021年左右研發E級完畢，歐洲的計劃則要落後幾年。

國防科大公布天河三號原型機進度前一個禮拜，TOP500總編發了一份預測文章。文章總結了全球超算領域最大的三個新聞，一個是日本富士通開發Post-K超算的進度，一個是美國SUMMIT系統重新奪回TOP500榜單的冠軍，第三是預測中國的超算計劃需要推後一年，從領先美日一年推後到和美日同一年完成。理由是：中國需要從三種國產CPU之中選出一種，需要做更加詳盡的評估，所以需要推遲。

文章中提到的中國的三種國產CPU是：上海的申威系列，國防科大的ARM架構的飛騰系列，以及天津使用ZEN內核的X86架構處理器。 

TOP500總編輯沒有意識到，中國超級計算機的研發上從來都是多種方案齊頭並進，互為備份，以降低風險的。並不存在需要從三種國產CPU種選出一種，再進行研發的慣例。

實際上，中國目前正在同時進行的E級超算項目有三個：

天河三號

2018年5月，國家超算天津中心展示了天河三號原型機，預計2018年底投入使用，根據國防科大日前的新聞，目前的進度已經提前，不是推遲。

天河三號的全配置主機計劃在2020年投入使用，性能計劃為1EFlops. 天河三號使用國防科大的FT2000plus或者後續型號的CPU，以及國防科大的Matrix2000plus或者後續型號的加速器。

神威E級

2018年7月神威E級原型機落戶於國家超算濟南中心，還需要三年的研發時間，將在2021年正式投入使用。神威的CPU肯定是申威系列的最新型號，加速器可能也會採用Matrix2000plus或者其後續型號。

      曙光E級

2016年7月，中科曙光牽頭的E級超算原型系統項目正式發布，在核心技術方面，曙光介紹了超融合自適應並行處理體繫結構(HCAPP)和全浸沒式相變液冷技術(整台超算浸沒在冷卻液中)。曙光估計會採用中科院體系內研發的CPU和加速器(比如龍芯系列)。曙光E級的計劃部署時間也會在2020年左右。

天河三號原型機的出現，反映美國商務部的誤導的後果。天河系列超算，從天河1號開始就一直使用美國公司製造的CPU和加速器芯片。比如，天河2號使用Intel Xeon E5 CPU和Intel Xeon Phi加速器芯片，而天河2A仍然使用Intel Xeon E5 CPU，加速器芯片換成了國產Matrix2000。天河2號從2013年6月登頂TOP500排行榜，成為世界上運算速度最快的超算，一直到2016年6月讓位於神威太湖之光，整整領先世界了三年之久，其後中國神威接替第一名兩年，直到2018被美國summit接替世界第一。

2015年4月，美國商務部宣布對中國的四家超算機構禁運Intel Xeon處理器和Xeon Phi加速器。受到禁運的四家中國機構是：國家超級計算長沙中心，國家超級計算廣州中心，國家超級計算天津中心和國防科技大學。

為反制美國禁運，天河三號從CPU(飛騰)，到加速器芯片(Matrix2000plus), 到接口芯片，路由芯片，全都採用國產貨;新型的計算處理、高速互連、並行存儲、服務處理、監控診斷、基礎架構等硬件分系統全都是國產原創設計;系統操作、並行開發、應用支撐和綜合管理等軟件分系統全面國產可控。

天河三號和美國的Aurora超算，作為人類第一批E級超算，爭奪未來TOP500的冠軍。目前TOP500排名第一的美國SUMMIT超算的運算速度約為每秒12億億次，約為E級超算的12%。但SUMMIT系統的升級空間有限，美國的第一台E級超算為Aurora (原計劃運算速度為18.5億億次), 將安裝在Argonne 國家實驗室，原計劃2018年底投入使用，後被推遲到2021年投入使用，性能將提升到1E Flops,即100億億次。Aurora進度推遲美國商務部要負責，因其計劃使用Intel Xeon CPU和Xeon Phi加速器，但是Intel 的Xeon Phi加速器已經在2017年8月停產，而基於10nm製程工藝的下一代Xeon Phi加速器，Intel目前還根本沒有具體計劃。 美國政府打擊中國超算，卻先打擊了Intel芯片。

中國的天河2號分別使用了3.2萬顆Xeon E5 CPU和4.8萬顆Xeon Phi加速器。對於Xeon Phi的銷量，Intel曾表示2016年的目標是10萬顆出貨量，單單中國天河2號就達到了Intel一半的Xeon Phi銷量。

2015年4月，美國宣布對中國禁運Intel的Xeon處理器和 Phi加速器。2016年6月，Xeon Phi 7290/7250加速器價格直接大跌一半。2017年8月，Intel 宣布Xeon Phi 7200系列加速卡停產退市，停產重要原因是失去了中國超算市場。中國流行語“搬起石頭砸自己的腳”，譯成美語可能是Burns its own tail。

未來E級超算的競爭，也是核心處理器的競爭。美國的SUMMIT系統使用的是IBM Power9處理器和Nvidia Tesla加速器，其第一台E級超算的處理器和加速器方案還有待公布。

日本的第一台E級超算將是富士通公司的Post-K系統，使用富士通公司設計的ARM眾核處理器。歐洲國家也為下一代超算開發處理器，基於ARM架構和RISC-V架構，這項工作的推動力量是歐洲處理器計劃(EPI)，該計劃目標是發展不依賴於美國芯片製造商的超算製造能力，尤其是要擺脫對Intel, AMD,Nvidia和IBM的依賴。

歐洲和日本的問題時，均沒有最先進的半導體製程技術。全球邏輯器件(不包括閃存和內存)的最先進製程工藝掌握在四家企業手中：台灣的台積電，韓國的三星，美國的Intel和 Global Foundries. 這四家企業的邏輯器件製程工藝已經在向10納米以下發展。而歐洲和日本的製程工藝目前還停留在28納米以上。這意味着，歐洲和日本公司設計的先進處理器，他們自己製造不了，必須由台積電，三星或者Global Foundries代工，無法擺脫外間控制。

中國的中芯國際正在向14納米的製程工藝進軍，將於2019年上半年量產。這意味着中國的超算芯片將會使用14納米的工藝，超算芯片的性能會迎來一次躍進，10納米以下工藝計劃逐步接近。

對於關注超算領域的人來說，2020－2021年是熱鬧的兩年。人類首批E級超算將投入使用。而在這場競賽中，中國超算再奪第一名，不是全無希望。