關於高性能計算技術發展戰略的爭議

2003年6月1日，美國紐約時報發表了一篇文章，介紹了美國計算機科學界著名專家戈
登?貝爾(GoldonBell)和吉姆?格瑞(Jwhatimgray)的觀點。
戈登?貝爾和吉姆?格瑞認為，在高性能計算技術研究領域，美國政府有關部門長期以來
注重對於高性能計算項目的資助，這一資助方向存在嚴重問題。
近20年來，美國政府有關部門一直大力資助高性能計算機的建造。這一政策基於以下假
設：只有政府資助才能保證美國科學家們擁有世界最強大的計算能力，以從事各種尖端研
究，如空氣動力學研究、生命科學研究、氣象研究等等。
戈登?貝爾和吉姆?格瑞提出了另一種觀點：政府部門不應當再資助建造超高性能計算
機，而應當資助建設大規模數據存儲體系。他們的理由是，近年來數據存儲技術領域的創
新速度大大超過了計算性能領域的技術創新速度。因此，科學領域的計算已經開始一個新
時代，就是從強調計算能力轉向強調數據存儲。他們認為，基於商業化部件的高性能機群
系統已經足以勝任科學領域對於高性能計算技術的需求，今後美國各大超級計算中心將演
變為超級數據中心。
戈登?貝爾和吉姆?格瑞已經向美國國家研究委員會下屬的計算機科學與電信理事會遞交
了他們的建議書。
這份建議書已經在美國計算機科學界引發一場爭論：高性能計算技術究竟應當如何發展
？簡單地說，到底應當強調計算性能，還是強調數據存儲技術？

新聞背景之一

2003年2月，美國國家科學基金會下屬計算基礎設施顧問委員會發表了一份報告，呼籲
美國政府有關部門每年投資十億美元，以增強美國科學界的高性能計算能力。
無獨有偶，2003年四月，美國軍方一些部門聯合發表一份2002年完成的研究報告，標
題是“關於國家安全所需高性能計算的報告”。這份報告呼籲，美國軍方應當在五年之內
每年投資1.8億美元到3.9億美元以配備各種軍事應用所需的高性能計算技術。
除此以外，日本NEC公司建造的地球模擬器超級計算機迄今為止仍然在世界超級計算
機500強中占據首位，這一事實對於美國計算機科學界衝擊極大。美國的計算機科學家們
不斷呼籲美國政府採取行動，奪回美國在超級計算機領域的老大地位。美國政府有關部門
的一些官員也認為，美國三大超級計算中心確實需要更多的投資。這三大超級計算中心分
別位於匹茲堡，位於Urbana-Champaign的伊利諾大學，加州大學聖迭戈分校。
計算機科學界、軍方、政府有關部門的聯合呼籲肯定會影響美國政府及國會的決策。而
美國政府及國會的決策很可能對高性能計算技術的發展產生深遠影響。
1985年，美國政府決定投資建設一個連接美國五大超級計算中心的網絡，數據傳輸的
速度為56k比特每秒，這就是當今互聯網的雛形。
歷史也許正在重複，美國政府對高性能計算技術的投資方向將影響未來。

新聞背景之二

從上述新聞背景我們可以看到，戈登?貝爾和吉姆?格瑞建議並非空穴來風，因為這涉及
到投資方向。如果沒有在議的投資計劃，兩位專家也不會提交這份建議。
這份建議的另一個背景是，美國著名的超級計算機公司克雷公司正在重新崛起。
2003年6月23日出版的美國Barron＇s雜誌刊登了一篇介紹克雷公司的文章，標題是
“夢機器”。
當然，現在的克雷公司已經不是當年的克雷研究公司了。在上世紀80年代，克雷公司作
為美國超級計算機的象徵，曾經備受美國華爾街的青睞。可是進入90年代以後，高性能計
算技術迅速商業化，克雷公司趕不上潮流，逐步衰落，最後被購併，成為SiliconGraphics
公司中一個不受歡迎的部門。
2000年，當年克雷公司的競爭對手Tera公司又以5000萬美元的代價把克雷公司從
SiliconGraphics買回來，成立了如今的克雷公司。
現在的克雷公司在高性能計算機市場上，只占6%的份額。這與80年代克雷公司在超級
計算機市場上占60%份額的鼎盛時期不可同日而語。不過，克雷公司的勢頭正旺，因為它
生產的CrayX1超級計算機已經獲得美國各大國家實驗室的青睞，儘管價格高達1000萬到
1500萬美元，仍然供不應求。克雷公司的CEOJimRottsolk認為，在高端科學計算領域，
克雷公司生產的CrayX1是目前市場上惟一的超級計算機，其它公司的產品只不過是服務器
而已。
實際上資助克雷超級計算機開發的都是政府有關部門如國家安全署以及美國能源部下屬
的國家實驗室。所以克雷公司實際上是在掙政府的錢。克雷公司去年的營銷額達1.55億美
元，近幾年內將達到五億美元。

解讀戈登?貝爾和吉姆?格瑞

從紐約時報的報道來看，戈登?貝爾和吉姆?格瑞對美國政府花錢資助克雷公司開發超級
計算機很不以為然。
戈登?貝爾對紐約時報記者說，現在科學界應用機群系統進行研究已經很普遍，實際上
科學界需要的只是大眾牌轎車，而超級計算機公司卻試圖向他們出售卡車。他這裡說的大
眾牌轎車就是機群系統，而他說的卡車則是指專用的超級計算機，克雷機當然也包括在
內。
為了進一步理解戈登?貝爾和吉姆?格瑞的觀點，我訪問了吉姆?格瑞的個人網頁。這位
數據庫大師的個人網頁內容非常豐富。據我了解，在計算機科學界最高獎項圖靈獎獲得者
中，他是最早建立個人網頁的，而且在他的個人網頁上公然聲稱，他的網頁內容並沒有得
到微軟公司的認定和許可。我從其網頁上下載了一份標題為“以信息為中心的超級計算”
的ppt文件，這就是吉姆?格瑞在今年5月20日美國國家研究委員會下屬的計算機科學與電
信理事會做演示的幻燈片。
吉姆?格瑞和微軟公司創始人比爾?蓋茨曾有一段佳話。當年比爾?蓋茨盛情邀請吉姆?
格瑞加盟微軟公司，吉姆?格瑞婉言推辭，他說，微軟總部所在地西雅圖的天氣不如舊金
山那樣陽光明媚。腰纏萬貫的比爾?蓋茨回答說，那麼就在舊金山灣給你蓋一座微軟研究
院。吉姆?格瑞無法再推脫，於是成為微軟公司開發SQL數據庫的領銜人物。
當然，吉姆?格瑞為微軟公司帶來的價值遠遠超過了比爾?蓋茨在舊金山灣蓋的那座研究
院。在吉姆?格瑞加盟微軟之後，微軟先後推出SQLServer7.0,SQLServer2000等數據庫
新版本，與當初的SQL6.5相比，真是鳥槍換炮。
這都是歷史舊話重提。現在我來介紹吉姆?格瑞的觀點。
吉姆?格瑞的核心觀點是：超級計算已經進入以信息為中心的新時代。
他認為，科學計算就是Beowulf計算。所謂Beowulf計算是有典故的。
1994年，美國航空航天總署的戈達德(Goddard)太空飛行中心的科技人員建造了世界上
第一組PC機群超級計算機，當時的目標只是達到1G(10億)次浮點運算(GFLOPS)，只是
現在個人電腦的運算水平。可是當時達到這一水平的商用超級計算機價格是100萬美元，
研究人員用不起，只好自己動手攢，他們給自己攢的這台PC機群起了個名字：Beowulf，
Beowulf是英國中世紀史詩中的一位英雄，這位英雄砍斷怪獸Grendel的一肢，從而打敗了
這一巨獸。從此以後，科學家們把自己攢的機群系統叫做Beowulf系統。
吉姆?格瑞的第二個觀點是：科學計算正在進入以信息為中心的時代。
第三個觀點是在文件、操作系統及網絡領域的投資是適當的；
第四個觀點是在科學信息管理以及可視化工具開發方面投資太少；
第五個觀點是使計算網格需要傳輸大量數據，因此數據網格是一個正確的概念。
在這裡，吉姆?格瑞有的觀點顯然是正確的，如他認為在科學信息管理以及可視化工具
開發方面投資太少。
但是，吉姆?格瑞的觀念中也有明顯的謬誤之處，例如他認為科學計算就是Beowulf計
算。在科學計算領域，對於計算性能的追求永遠沒有止境。現代生命科學對於高性能計算
的需求是1023-1025次浮點運算每秒(FLOPS)，與之對照，現在商業化的機群系統的性能
指標大致是峰值速度1012-1013FLOPS，與需求差得很遠。
其次，在實際應用中，機群系統的局限性已經暴露，隨着節點數的增多，機群系統的可
靠性將成為技術上難以克服的困難。因此，指望增加節點數來無限提高性能只是一場夢。
對於如此明顯的謬誤，兩位計算機科學大師會不明白嗎？顯然不是。
在這份文件的後幾頁里，兩位大師強調，在科學信息管理及可視化領域，實際要做的工
作是軟件，是軟件的開發。
兩位大師實際是說，高性能計算的硬件以及體繫結構的演化已經可以了。政府不應當再
投資，應當投資的是軟件。

軟件需要新的發展

討論這個問題還是從兩方面看，一是看歷史，二是看需求。
從歷史看，現在我們大家常用的軟件都是基於上世紀70-80年代美國的一些關鍵技術。
例如操作系統、Office軟件、數據庫乃至瀏覽器，而追根尋源，這些技術都是美國政府及
軍方資助的一些研究項目。
以大家天天用的IE瀏覽器為例，微軟公司的IE瀏覽器原本購自Spyglass公司，Spyglass
是Netscape的對頭，兩家公司的產品其實同出一源，原型都是Mosaic，Mosaic由位於
Urbana-Champaign的伊利諾大學的超級計算機應用程序國家中心(NCSA)開發，這也是
政府資助項目。
微軟公司商業上的成功恰恰是充分利用政府資助或是其它公司的技術創新，開發供大眾
使用的產品。
在吉姆?格瑞的文件中，有一條比爾?蓋茨定律：不開發少於100萬用戶數的平台。因為
開發投資1000萬美元，軟件定價100美元，銷售量100萬份，開發成本只有10%。
不過，這條定律也透露了一個信息：對於科學信息管理及可視化，微軟公司是不會有興
趣的，因為用戶太少。應當誰來投資？當然是美國政府。
這麼推理，還能得出進一步的結論。
信息技術正在成為一種基礎設施。凡是基礎設施技術有一個特點：只有共享才能使基礎
設施技術的價值充分體現出來。共享意味着反壟斷，意味着自由軟件，意味着現在的軟件
收費模式會很快過時。
反過來看，一旦美國政府提供資助，學術界從事研究開發，真正創新的軟件技術問世，
受益最大的很可能是微軟公司。因為微軟公司的產品擁有最大的用戶群。
如此看來，微軟公司聘用戈登?貝爾和吉姆?格瑞，真是高招。

這場爭議的啟示

類似的發展戰略爭議在國內也有。筆者將在近期走訪一些專家學者，探討我國發展高性
能計算技術的戰略。