挑戰

高性能計算機發展的挑戰可以分為在摩爾定律失效前如何可持續地構建E級系統，和后摩爾定律時代的革命性技術。

可持續地構建?E?級系統。高性能計算正處于向?E?級（10¹⁸）邁進的時代，中美兩國都相繼宣布了?E?級超級計算機的研制計劃。盡管突破E級計算關口的相關技術路線基本明確，但如何構建可持續的E級超算系統，如數百?Eflops?系統的技術路線尚不明確。在未來新型器件真正成熟之前，最大的挑戰是如何在高性能計算機體系結構和系統技術上的創新，應對整個系統的部件復雜度和能耗難以承受的問題，持續發展數百?Eflops?的系統。

后摩爾定律時代的超算系統。隨著集成電路的發展進入后摩爾時代，器件特征尺寸已趨于物理極限，當前器件的原理和結構已經難以滿足未來?Z?級（10²¹）乃至更高性能?Y?級（10²⁴）超級計算機的要求。如何利用新型器件是構建后?E?級時代超算系統的首要挑戰，包括：基于光學計算原理和超導計算原理的新型器件、基于硅光技術的新型互連和量子計算機等。

政策建議

作為科技戰略的制高點，高性能計算機是“三個面向”的典型代表。因此，以下圍繞“面向世界科技前沿，面向國家重大需求，面向國民經濟主戰場”闡述關于我國高性能計算機發展的政策建議。

面向世界科技前沿。高性能計算機的研制代表了電子信息技術的發展前沿，建議在面向?Z?級計算的光學計算機、超導計算機、硅光集成技術、存算一體器件等，在面向?Y?級計算的量子計算機、非圖靈計算模型等方面加強基礎前沿技術的顛覆性突破。

面向國家重大需求。高性能計算機始終在服務國家重大需求，如核武器、航空航天、高能物理和氣候模擬等應用，高性能計算機已經成為這些戰略部門的基礎設施。除了這些以科學計算為核心的應用，當前，圍繞數據科學和智能計算發展起來的應用已經成為新的國家重大需求，對高性能計算提出了更高、更新的挑戰。特別地，急需建設面向大數據科學和面向人工智能的高性能計算基礎設施。同時，需要在高性能計算機系統的評價指標上做出相應調整，不能單純以?Linpack?指標作為衡量高性能計算機的唯一指標，而是既要算得快又要算得多，要研究出多維度衡量體系，以引導高性能計算機健康、全面發展。

面向國民經濟主戰場。回顧中國高性能計算發展歷史，相比計算機的研制，高性能計算機推廣應用的歷程更加艱辛。20?世紀?80?年代，錢學森就指出研制巨型機首先要解決并行計算問題，包括機器軟件和算題軟件等。他嚴肅批評過去忙于制造機器，至于怎么用不大重視，他曾在署名文章中大聲疾呼：“這個問題必須提到議事日程上來，這樣才能充分發揮巨型機的作用。”本文認為，要解決這一嚴峻問題，一方面要充分重視應用軟件的攻關，另一方面要重視促使高性能計算普及的技術，如云超算、云化并行編程等。（作者：孫凝暉 譚光明，中國科學院計算技術研究所。《中國科學院院刊》供稿）

相關文章