E级超算花落谁家

今年美国超级计算机胜过中国，成为世界最快的计算机。但是美国商务部的决策错误影响了美国的进步，中国超算三年后竞争第一的势头不可忽视。

中国国防科技大学宣布，未来3年内，将造出新一代“天河三号”E级超级计算机。E级超算，是指每秒钟运算一百亿亿次的超级计算机。今年6月美国SUMMIT超算超过中国的神威太湖之光，登顶全球最快超算TOP500榜单之后，中国，美国，日本和欧洲，纷纷加快了研制速度。其中，中美日三国进度领先，都计划在2021年左右研发E级完毕，欧洲的计划则要落后几年。

国防科大公布天河三号原型机进度前一个礼拜，TOP500总编发了一份预测文章。文章总结了全球超算领域最大的三个新闻，一个是日本富士通开发Post-K超算的进度，一个是美国SUMMIT系统重新夺回TOP500榜单的冠军，第三是预测中国的超算计划需要推后一年，从领先美日一年推后到和美日同一年完成。理由是：中国需要从三种国产CPU之中选出一种，需要做更加详尽的评估，所以需要推迟。

文章中提到的中国的三种国产CPU是：上海的申威系列，国防科大的ARM架构的飞腾系列，以及天津使用ZEN内核的X86架构处理器。 

TOP500总编辑没有意识到，中国超级计算机的研发上从来都是多种方案齐头并进，互为备份，以降低风险的。并不存在需要从三种国产CPU种选出一种，再进行研发的惯例。

实际上，中国目前正在同时进行的E级超算项目有三个：

天河三号

2018年5月，国家超算天津中心展示了天河三号原型机，预计2018年底投入使用，根据国防科大日前的新闻，目前的进度已经提前，不是推迟。

天河三号的全配置主机计划在2020年投入使用，性能计划为1EFlops. 天河三号使用国防科大的FT2000plus或者后续型号的CPU，以及国防科大的Matrix2000plus或者后续型号的加速器。

神威E级

2018年7月神威E级原型机落户于国家超算济南中心，还需要三年的研发时间，将在2021年正式投入使用。神威的CPU肯定是申威系列的最新型号，加速器可能也会采用Matrix2000plus或者其后续型号。

      曙光E级

2016年7月，中科曙光牵头的E级超算原型系统项目正式发布，在核心技术方面，曙光介绍了超融合自适应并行处理体系结构(HCAPP)和全浸没式相变液冷技术(整台超算浸没在冷却液中)。曙光估计会采用中科院体系内研发的CPU和加速器(比如龙芯系列)。曙光E级的计划部署时间也会在2020年左右。

天河三号原型机的出现，反映美国商务部的误导的后果。天河系列超算，从天河1号开始就一直使用美国公司制造的CPU和加速器芯片。比如，天河2号使用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，加速器芯片换成了国产Matrix2000。天河2号从2013年6月登顶TOP500排行榜，成为世界上运算速度最快的超算，一直到2016年6月让位于神威太湖之光，整整领先世界了三年之久，其后中国神威接替第一名两年，直到2018被美国summit接替世界第一。

2015年4月，美国商务部宣布对中国的四家超算机构禁运Intel Xeon处理器和Xeon Phi加速器。受到禁运的四家中国机构是：国家超级计算长沙中心，国家超级计算广州中心，国家超级计算天津中心和国防科技大学。

为反制美国禁运，天河三号从CPU(飞腾)，到加速器芯片(Matrix2000plus), 到接口芯片，路由芯片，全都采用国产货;新型的计算处理、高速互连、并行存储、服务处理、监控诊断、基础架构等硬件分系统全都是国产原创设计;系统操作、并行开发、应用支撑和综合管理等软件分系统全面国产可控。

天河三号和美国的Aurora超算，作为人类第一批E级超算，争夺未来TOP500的冠军。目前TOP500排名第一的美国SUMMIT超算的运算速度约为每秒12亿亿次，约为E级超算的12%。但SUMMIT系统的升级空间有限，美国的第一台E级超算为Aurora (原计划运算速度为18.5亿亿次), 将安装在Argonne 国家实验室，原计划2018年底投入使用，后被推迟到2021年投入使用，性能将提升到1E Flops,即100亿亿次。Aurora进度推迟美国商务部要负责，因其计划使用Intel Xeon CPU和Xeon Phi加速器，但是Intel 的Xeon Phi加速器已经在2017年8月停产，而基于10nm制程工艺的下一代Xeon Phi加速器，Intel目前还根本没有具体计划。 美国政府打击中国超算，却先打击了Intel芯片。

中国的天河2号分别使用了3.2万颗Xeon E5 CPU和4.8万颗Xeon Phi加速器。对于Xeon Phi的销量，Intel曾表示2016年的目标是10万颗出货量，单单中国天河2号就达到了Intel一半的Xeon Phi销量。

2015年4月，美国宣布对中国禁运Intel的Xeon处理器和 Phi加速器。2016年6月，Xeon Phi 7290/7250加速器价格直接大跌一半。2017年8月，Intel 宣布Xeon Phi 7200系列加速卡停产退市，停产重要原因是失去了中国超算市场。中国流行语“搬起石头砸自己的脚”，译成美语可能是Burns its own tail。

未来E级超算的竞争，也是核心处理器的竞争。美国的SUMMIT系统使用的是IBM Power9处理器和Nvidia Tesla加速器，其第一台E级超算的处理器和加速器方案还有待公布。

日本的第一台E级超算将是富士通公司的Post-K系统，使用富士通公司设计的ARM众核处理器。欧洲国家也为下一代超算开发处理器，基于ARM架构和RISC-V架构，这项工作的推动力量是欧洲处理器计划(EPI)，该计划目标是发展不依赖于美国芯片制造商的超算制造能力，尤其是要摆脱对Intel, AMD,Nvidia和IBM的依赖。

欧洲和日本的问题时，均没有最先进的半导体制程技术。全球逻辑器件(不包括闪存和内存)的最先进制程工艺掌握在四家企业手中：台湾的台积电，韩国的三星，美国的Intel和 Global Foundries. 这四家企业的逻辑器件制程工艺已经在向10纳米以下发展。而欧洲和日本的制程工艺目前还停留在28纳米以上。这意味着，欧洲和日本公司设计的先进处理器，他们自己制造不了，必须由台积电，三星或者Global Foundries代工，无法摆脱外间控制。

中国的中芯国际正在向14纳米的制程工艺进军，将于2019年上半年量产。这意味着中国的超算芯片将会使用14纳米的工艺，超算芯片的性能会迎来一次跃进，10纳米以下工艺计划逐步接近。

对于关注超算领域的人来说，2020－2021年是热闹的两年。人类首批E级超算将投入使用。而在这场竞赛中，中国超算再夺第一名，不是全无希望。