近日，美国《科学》杂志刊文展望了2020年可能成为头条的十大科学新闻，中国有望建造全球首台E级超算被列入榜单。E级超算即百亿亿次超级计算机，是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点。这一权威学术刊物预测，中国有望在2020年建造出世界上第一台E级超算。美国、日本和欧盟均在推进各自的E级超算开发计划。尽管起步晚，但我国从“银河”到“天河”“神威”等一系列超级计算机是世界范围内叫得响的中国品牌。中国超算不但实现了自主创新的诸多“第一”，而且接连几代登上世界“速度巅峰”。全球超算500强榜单中，来自中国的“神威·太湖之光”曾多次夺得冠军。
玻璃房故事
20世纪80年代，中国气象部门想从欧美进口一台计算机，美国克雷公司起初死活不肯卖。后来好不容易成交了，却将计算机封在玻璃机房里，并在计算机机房安装监视仪器，机器也要由他们自己人使用监控，不许中国科技人员进去。这段真实的历史，是中国科研工作者心中永远的痛。
随着5G时代到来，世界进入万物互联，全球连接数预计从2018年的230亿增长到2025年的1000亿，而海量的数据会带来海量的AI算力需求。如今，超算已日渐渗透到了算天、算地、算人的方方面面，成为解决世界难题的“超强大脑”。去年底，以“超算无界、智创未来”为主题的首届算博会——2019济南国际超级计算产业博览会在山东济南举行。国内外超级计算、人工智能、大数据科学以及生物医学、新能源、新材料等应用领域的知名专家学者和相关企业代表参会，探讨超算技术发展及超算应用推广。
“算力是未来数字经济的生产力。”华为高级副总裁侯金龙说。“很多产学研单位加入算博会，有助于推动中国计算机事业的发展，有助于将济南打造成中国‘算谷’。”中国工程院院士、中科院计算所所长孙凝晖在算博会上透露，中国第一台E级超算即将在此落户。
超算长啥样？
资料显示，美国去年相继宣布建造“极光”“前沿”和“酋长岩”三台E级超算，交付时间预计为2021年至2023年。而中国也在E级超算领域部署“三连发”，自主研发的E级超算“天河三号”原型机、神威E级原型机和曙光E级原型机系统已于2018年完成交付。此前，我国先后在天津、长沙、广州等地建成6家国家级超算中心。一台超级计算机由安放在巨大空调机房中的数十个机柜组成。机柜里，数以百计的服务器和成千上万的芯片彼此相联，终日轰鸣，需要多位技术人员维护其运行。超级计算机所用的处理器和最快的个人电脑并无二致，但数量却以千计，以并行运算的方式分担着计算任务。工程师们还对一般用于游戏机的图像处理器加以利用，从而能够以相对较低的能耗大大加快运算速度。中国的“天河一号”装有7 000块图形处理芯片和1.4万个英特尔处理器。
10年后，计算机的速度将比现在快上1 000倍，专家预测，速度单位将升级为“百亿亿次/秒”。不过为了加快运算速度，就必须使用更多的处理器。超级计算机是个耗能大户，每一台的功率赶得上一个火车头！若将运算速度提高到“百亿亿次/秒”的级别，超级计算机功率就要提高1 000倍，它们将不得不建在发电厂旁边才能维持电力供给！因此，目前研究主要是减少处理器的电力消耗，如对处理器之间的数据传输进行优化。另一个目标则是开发新的编程语言来“协调”数十万处理器之间的工作并预防故障的发生。当情况过于复杂，无法通过实验模拟时，超级计算机即可大显身手。超级计算机可对地震、探矿、飞机穿过气流或药物作用于细胞等各种现象进行数字化分析。
借助超级计算机，气象学家最早得以进行更为周密的运算，并对气候变化做出预测。这些功能强大的计算机分析来自卫星的信息，将它们与数据库中的历史数据进行对比。鉴于现在气候研究以全球为考量，所以越来越需要先进的运算工具，来分析诸如风和温度的变化，地形、土壤湿度、洋流路线或大气污染物排放等纷繁复杂的信息。当然，超级计算机也被用于其他战略性领域。如在石油开采中，通过分析超声波回声探测所取得的数据，利用数字模拟可以增加找到矿脉的机会。而在航空工业里，计算机建模大大减少了在找到最佳空气动力学方案之前所要建造的机翼模型数量。从天体物理学到医学，超级计算机的应用范围无限广阔，模拟蛋白质结构，为洋流、核爆炸、地震活动或雪崩建模，模拟宇宙的形成……几乎所有科学研究领域都需要超级计算机。
如果缺少这一科学疆场上必不可少的“打击力量”，就无法真正成为强国。中国经济总量在2010年超过了日本，成为仅次于美国的世界第二大经济体。这个长期以来以低成本加工业著称的“世界工厂”，现在已进入了飞速发展的阶段。为了迎头赶上，中国投入巨资，对工业体系进行改造，一方面以满足国民富裕后的消费需求，另一方面旨在掌握战略性装备(如军用飞机或卫星)的建造技术。在这新一轮的创新大战中，高性能的计算工具无疑是一件珍贵的武器。
对于计算机性能的要求似乎永无止境，因为人们总是想以更快的速度模拟复杂现象。事实上，一个国家拥有的超级计算机的数量和性能如今甚至成为衡量其经济实力的一项指标。各国研究机构近十几年所装备的超级计算机，速度最快的可以在一天内完成普通商用计算机需要300年才能完成的任务!未来，超级计算机除用于模拟演算地震、海啸、台风等地球科学及有关宇宙形成的研究外，还将运用于新材料、医药用品、汽车及飞机的研发等工作。“超算是衡量和体现一个国家综合国力的重要标志。”全国政协副主席、中国科协主席万钢在算博会开幕式上表示，智能化时代的大幕已拉开，超算正在被越来越广泛地应用于各行各业，被誉为信息技术革命和产业变革的浪潮下支撑科技创新的大国重器。
