“超级计算”，一个高深的名词，随着最近10年来中国超算行业逐渐进入国际领先地位而被频繁提起，并逐渐走入大众视野。在行业内外，不同的声音也随之出现，如超算行业巨大的投入与中国社会经济发展所处的阶段并不匹配，以及中国超算行业只会堆积硬件等问题。因此，客观地评价中国超算行业对于国家科技发展、经济转型升级和提升公共民生福利的地位和重要作用，将对中国超算行业的决策和后续发展提供坚实的政策基础和实践参考。
超级计算机的战略意义
高性能计算，又称超级计算，是计算机科学重要的前沿性分支，从电子计算机诞生之日起，计算能力的提升就是信息产业从业人员追求的核心目标之一。它不仅是一个国家综合科研水平的重要标志，也是综合支撑国家安全、经济和社会发展等可持续发展的不可替代的信息技术手段。
推动国家科技创新能力的跨越式发展
我国《“十三五”国家科技创新规划》（国发〔2016〕43 号）明确提出“发展先进计算技术，重点加强E级（百亿亿次级）计算、云计算、量子计算、人本计算、异构计算、智能计算、机器学习等技术研发及应用”。
高性能计算已经成为解决国家发展面临的重大挑战性问题和科技创新的必备工具，如能源短缺、环境污染、全球气候变化等可持续发展的困难；支持传统产业转型升级，如大飞机、高速列车及汽车的设计在各个阶段均需要高性能计算支撑，有助于提高产品性能、缩短研发周期、降低设计成本；在生命科学方面，新药研究、精准医疗正在改变着人们的医疗模式；计算材料学已经成为发现新功能材料，提高材料性能的重要手段。
习近平总书记在 2018 年 5 月 28 日的两院院士大会上指出，“以信息化、智能化为杠杆培育新动能。要突出先导性和支柱性，优先培育和大力发展一批战略性新兴产业集群，构建产业体系新支柱。要推进互联网、大数据、人工智能同实体经济深度融合”。
当前，计算科学领域则正在从第三范式（传统的计算模拟与数字仿真）走向第四范式（基于大数据相关性分析的科学发现和研究），高度依赖于高性能计算与科学大数据、深度学习之间的深度融合。近年来，人工智能的突破正是建立在超级计算机计算能力突飞猛进的发展和深度学习算法的成功结合。发展以超级计算机为支撑平台的先进计算系统，将进一步推动高性能计算、智能计算和大数据的深度融合与创新发展。
推动完善战略性国家基础信息基础设施的建设
信息和计算能力已经被视作现代社会的重要战略资源，以承载超级计算能力和海量信息的超算中心为代表的大型信息化基础设施也日益呈现出其作为建设创新型国家的战略性基础设施的重要性。超算中心具有鲜明的公共性、动态性、自治性和开放性等基础设施平台的特征，因此超算中心是一个资源汇聚、技术创新和人员交流的支撑平台，可以提升区域科研水平，增强企业的核心竞争力，进而推动地方经济建设。
广泛服务于国家公共民生行业，提升社会的可持续发展和幸福指数
科学研究、能源行业、气候气象、生物医药和工业制造等国家重要的公共民生行业都是超算行业传统的应用领域。例如，随着数值天气预报技术的快速发展，大幅提高了预报的准确率和时效性，对于农业、水利、海洋开发、航空、交通和环境保护等各相关行业提供了重要的社会公共产品，极大地增加了整个社会的福利。
国际超算行业的发展现状
自从上一个 10 年，国际超级计算能力达到 P 级计算（1 PFlops，千万亿次计算，每秒钟可执行 1015次双精度浮点计算）之后，各国已经开始瞄准下一个性能目标——E 级计算（1 EFlops，百亿亿次计算，每秒钟可执行 1018次双精度浮点计算）。
美国长期以来对超算产业的大力支持，使得美国在系统研制、计算应用、超算服务及其人员结构等方面保持了国际领先的地位。为最大化推动超算产业为经济竞争力和科学发现带来的效益，2015 年美国奥巴马政府以“国家战略计算推进计划”（NSCI）总统行政命令的方式，完全由政府方面主导，旨在规划出一个长期的、多机构参与的战略远景，制定联邦政府投资战略，并与工业界及学术界协同执行。
欧盟也十分重视发展超级计算基础设施，重点侧重于软件、应用和算法的研究。为此，欧盟曾规划了若干个发展计划。例如，德国的E级创新中心（EIC）计划；西班牙巴塞罗那超级计算中心启动了 E 级“EU Mont－Blanc 计划”；法国 BULL 公司的“SEQUANA”计划等。欧盟 2013 年启动“Horizon 2020”（地平线2020）计划，其中的探索基金项目“面向百亿亿次的高性能计算”将在 2014—2020 年投入 7 亿欧元开展研究。
日本文部省 2014 年 6 月宣布启动 E 级计划，名为“post－K”，用于国家高性能计算基础设施（HPCI）。初步预计的投资额为 13 亿美元，2021 年完成研制。日本强调以社会问题为导向，发展科学计算对解决社会问题的贡献，以及科学计算与研究领域融合实现新的科学发现，将针对药物发现与医疗保健、一般灾害预防、能源环境问题和社会经济预测等 4 个重点领域。
俄罗斯近几年也加强了超级计算机的研发，其联邦原子能署于 2011 年 9 月批准了《2012 至 2020 年百亿亿次超级计算机为基础的高性能计算技术构想》，拨款 450 亿卢布，计划到 2020 年达到百亿亿次运算能力。
中国超算业的发展现状
近 10 年来，在国家“863”等多个国家科技计划的持续支持下，我国在超级计算领域取得了长足发展。从技术上看，以“天河”“神威”“曙光”等为代表的超级计算机的性能在 TOP500 排行榜中长期处于世界领先位置，一共获得过 11 次 TOP500 榜单的第一名，占全部次数的 55％。
中国超级计算机制造厂商重要的里程碑式的事件有：2004 年和 2008 年，曙光公司研制成功“曙光4000”十万亿次计算机与“曙光 5000”百万亿次计算机分别进入 TOP500 排名前十位；2009 年，国防科技大学研制成功“天河一号”千万亿次计算机，使我国成为继美国之后世界上第二个研制成功千万亿次计算机的国家；2010 年 6 月，曙光公司研制成功“星云”千万亿次计算机，性能列世界 TOP500 第二位；2010年 11 月，升级后的“天河－1A”系统创造了超级计算机全球排名第一的最好成绩；2010 年底，“神威 · 蓝光”成为第一个全部采用国产 CPU 实现的千万亿次超级计算机；2013 年 6 月开始，“天河二号”连续 6 次位居 TOP500 第一名；2016 年底第一次由全国产 CPU 的“神威 · 太湖之光”取代第一的位置。
习近平总书记在 2018 年 5 月 28 日的两院院士大会上指出，“我们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”。
可喜的是，中国超算产业不但进入技术领先的前列，而且在市场占有率上也在一步一个脚印地扎实提高。TOP500 榜单上，来自中国超算的制造厂商已经从 4 年前的 7．4％ 的份额，逐渐增长为接近 50％，在市场份额上也逐渐和美国并驾齐驱。在国内市场，“曙光”系列高性能计算机已经连续 9 年在中国TOP100 排行榜中占据最大市场份额，国产平台的市场份额在 2013 年也首次超越了国外平台；2018 年国产平台更是占据了全部榜单，最低性能全部超过 1PLOPS 的计算能力。
曙光公司的产业化经验表明，中国超算产业可持续性发展的关键在于：核心技术向产品转化过程中，一定要以市场为导向，以企业为主体，产学研用相结合。中国超算产业需要把已经突破的关键技术下移到中、小规模系统，这不但可以扩大中国超算市场的参与度和衍生产品的收益，而且能够辐射到更广泛的应用领域，从而形成高性能－价格比、具备很强市场竞争力的通用批量产品。国家科研项目如何与企业产品开发相协调、相统一，将是决定我国超级计算技术今后发展方向的一个重要因素。
现阶段国内超算行业应用水平
超级计算能力只有实际应用于国家安全与发展的重大行业，切实推动科技创新，提升工程设计和科学认识水平，才能实现其核心的价值。中国超算已经走过了以政府主导的机器研制带动应用发展的阶段，正在进入以应用需求引领系统研制的理性阶段。
在国家“863”计划相关重大项目的支持下，我国先后重点支持了物理化学、天文、气候气象、生物医药、新能源、流体仿真、大飞机、石油勘探地震成像等领域的超级计算应用，推动并研制出一批自主知识产权的重大行业应用软件系统，应用上也形成了若干千万级以上的处理器核进行并行计算模拟的应用实例，取得了一批重要成果，已经初步示范了能力型应用。
国家超级计算服务环境是在国家重大科研专项持续性支持下，聚合了国内优秀的高性能计算资源和丰富的应用软件资源，通过资源共享面向全国众多领域的用户提供了高性能计算与数据处理服务，支持了千余项国家各类科技计算和重要工程项目研究工作，初步形成了基础设施形态，已经成为我国经济、社会发展中不可或缺的组成部分。中国国家网格目前已经接入6个国家超级计算中心：无锡中心、天津中心、济南中心、深圳中心、长沙中心和广州中心。除此之外，各行业、各高校也趋向于统一建设高水平的超算中心，面向用户提供集约化的超算服务。而且还有独立运行的上海超级计算中心等一系列商业化超算服务建立起来。
我国在建设可持续发展社会，积极应对资源短缺、城市化进程等过程中出现了许多新情况和新挑战，国内超算行业也在积极探索新型的超算类型以应对这些挑战，如数据分析、机器学习、信息服务等应用类别占据了近年来 TOP100 排行榜接近 50％ 的份额。曙光公司面向产业和用户的需求，在智慧城市应用服务工作中积极应用和推广自己掌握的超级计算技术，为信息安全、公共安全、城市管理探索了一条新的道路，这也充分证明了超算产业能够发挥科技进步对经济社会发展的支撑作用。（本文内容版权归属聚展所有，未经同意，禁止转发）
