这就是中国优势 | 科技优势（十二）中国超算：全球超算TOP500中国上榜最多

【导语】“可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。”这是一种豪情与诗意，也是当今中国正创造的奇迹。中国人对未知的好奇、对探索的渴望、对困境的思考以及对美好未来的期待，推开了一扇扇崭新世界的大门：空间探测、生物医药、人工智能、量子科学……中国科技创新的步伐从未停止。正如习近平总书记所说，一切伟大成就都是持续奋斗的结果，一切伟大事业都需要在继往开来中推进。新时代必将是大有可为的时代。

在今年最新发布的全球超级计算机500强(TOP500)榜单中，中国共有173台超算上榜，上榜总数蝉联第一。榜单十强中有两台来自中国，分别是位列第6的“神威·太湖之光”和第9的“天河二号”。TOP500榜单始于1993年，是对全球已安装的超级计算机排座次的知名排行榜，每半年发布一次。一直以来，中美两国是上榜超算数量最多的两个国家，超算500强中有近三分之二来自两国。

超级计算机一向被称为国之重器，是世界各国竞相角逐的科技制高点，也是一个国家科技实力的重要标志之一。经过几十年的发展，中国超级计算机不但实现了单个运算速度领跑全球的突破，而且形成了较强的整体实力，已经位列世界前列。

世界上首台峰值运算性能超过每秒十亿亿次浮点运算能力的超级计算机——“神威·太湖之光”。（图源：中国国家网格官网）

中国超算问鼎世界之巅

超级计算，又称高性能计算，是计算科学的重要前沿分支。超级计算机是能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能则强大许多，是一种超大型电子计算机。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究。如果把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法验证的自然现象。

1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。（图源：新华社）

中国第一台超级计算机是国防科学技术大学于1983年12月研制成功的“银河-I”，这台计算机在国防建设和国民经济发展中发挥了重要作用，中国也成为继美国、日本之后，第三个能独立设计和制作巨型机的国家。此后中国在超级计算机研制方面捷报频传，如国防科大、国家并行计算中心、中科院计算所、联想集团等单位相继推出了“银河”“天河”“曙光”“深腾”“神威”等一系列国产超级计算机系统；2010年11月，中国千万亿次超级计算机“天河一号”以每秒2570万亿次的实测运算速度，成为当时世界运算最快的超级计算机，同时在世界超级计算机500强排行榜上首次问鼎冠军；2013至2018年，中国“天河二号”和“神威·太湖之光”超级计算机连续排位第一名，实现世界超算“十连冠”。

40多年来，中国超级计算机研制从“银河”实现零的突破，到“天河”连夺世界第一，再到新一代“天河三号”E级原型机研制成功，中国科研人员一棒接着一棒，实现了高性能计算从“跟跑”到“领跑”的历史跨越。从全球超级计算机500强榜单来看，来自中国的超级计算机制造厂商份额不断提升，中美两国在这一领域你追我赶，数年内几乎轮流做冠亚军。截至2020年，中国科技部批准建立的国家级超算中心共有八所，分别位于天津、广州、深圳、长沙、济南、无锡、郑州、昆山。中国超算规模不断扩大，超算发展水平正在加速上升中。

超算能力迅猛增长的背后

“天河二号”超级计算机。（图源：中国国家网格官网）

中国近些年在研发超级计算机的过程中取得了非常好的成绩。根据中国计算机学会HPC专业委员会和中科院计算技术研究所统计，2002年，中国超级计算机平均性能仅为0.09TFlop/s(每秒浮点运算次数)，到2020年已经快速发展到3842TFlop/s，增加了4万多倍。根据最新发布的2021中国超级计算机性能TOP100榜单，2021年全部上榜的100台超算系统的平均性能，相比2020年提升达79%。2021年排行第一的超级计算机的性能是2020年的1.34倍，2021年排在榜尾的超级计算机的性能是2020年的1.06倍。

值得关注的是，中国在超算应用也有很大进步。过去十年，中国科学家依托国内顶尖超算系统，多次入围高性能计算应用领域的国际最高奖“戈登·贝尔奖”，并在2016年首次摘奖。此后，2017年、2021年再次获奖(2020年的“戈登·贝尔奖”由中美科学家联合团队摘得，这支8人团队中有7张中国面孔)。

对于中国超算的迅速增长，发布全球超算500强榜单的国际TOP500组长曾表示：“随着多家中国生产商在高性能计算机领域日益活跃，中国企业作为生产商正在占据这一领域的更大份额。”美国加利福尼亚大学河边分校的超级计算实验室负责人陈子忠认为，这一进步“是中国计算机专家长期努力的结果，也是中国近年来经济高速发展的体现。这表明，中国与美国在综合国力上的差距越来越小”。

超级计算机不是只会“计算”

“神威·太湖之光”超级计算机的交换机网线。（图源：新华社）

国家超级计算济南中心副主任潘景山将超算的功能总结为“三算”：“从算天、算地，再到算人，未来是一切皆可算。”超级计算机的价值，除了对计算机科学本身的贡献以外，更重要的是在超级计算机的支撑下解决了重大科学与工程应用领域的关键问题，促进了相关应用领域的快速发展，超级计算为解决国家经济建设、科学进步、国家安全等一系列重大挑战性问题提供了不可替代的重要手段。

交通工具制造：超级计算机可用来认识和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气/流体动力结构、燃料消耗和防撞强度，并帮助减少噪音，提高乘坐者舒适度。

气候问题：借助超级计算机建模预测气候变化，防范和减轻气候变化带来的破坏。

生物信息：从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟和大规模系统建模，超级计算机将帮助寻找疾病治疗的革命性方法。

地震监测：超级计算机对地震的模拟将帮助我们探索地震预测新方法，通过预警减少地震人财物伤亡和损失的风险。

地球科学：地球物理学涉及大量数据处理和模拟，超级计算机在石油勘测等方面具有潜在和巨大的经济效益。

天体物理：超级计算机模拟是天体物理学的基础，通过模拟时间进程并加速，可对天体演变进行建模和理论试验。

公共健康：超级计算机可对影响社会的健康和安全事件进行模拟，为可能发生的大规模污染和灾难等提出应对措施和规划。

材料科学：基于对物质和能量的密集计算模拟，或许能发现具有很高经济效益的物质和反应。

人类/组织系统研究：宏观经济学和社会动力学的研究同样需要超级计算机，比如对大量人口行为进行模拟。

习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会的讲话中提到，“着力推进面向国家重大需求的战略高技术研究，超级计算机连续10次蝉联世界之冠，采用国产芯片的‘神威·太湖之光’获得高性能计算应用最高奖‘戈登·贝尔奖’……”未来，中国超级计算机将会在越来越多的科学研究、积极创新中大显神威，超算应用也将更多地用于解决日常生活中的种种难题，让更多的人感受和共享中国超算领域发展的硕果。

(资料来源：中国科学院、中国科学报、新华社、人民日报、科技日报)