摘 要 從1983年中國第一臺超級計算機“銀河-I”研制成功到如今“天河”“神威”系列超級計算機排名世界第一，40多年的中國超級計算機研制史輝煌亮眼。但是，一些發展中的問題還沒有被足夠重視，一些研究的不足還需要關注和探討。對中國超級計算機的自主創新、軟硬件、應用、能耗、人才等方面做試探性反思，對中國正由“超算大國”向“超算強國”發展，特別是在中美在該領域競爭白熱化的今天具有一定意義和啟示。

　　關鍵詞 超級計算機 自主創新 銀河-I

　　超級計算機(Supercomputer)，又稱巨型計算機①，是指在一定的生產工藝條件下，采用最先進技術、工藝設計生產出來的功能最強、運算速度最快、存儲容量最大、檔次最高、面向科學與工程的電子計算機系統[1]。超級計算機通常由成千上萬個處理器(機)組成，具有巨大的數值計算能力和數據處理能力，能計算普通個人計算機和服務器不能完成的大型復雜課題。工業界的普遍標準認為，浮點運算速度為每秒1億次以上的數字式電子計算機才是超級計算機[2]。超級計算機一向被稱為國之重器，是世界各國競相角逐的科技制高點，也是一個國家科技實力的重要標志之一。

　　中國第一臺超級計算機是國防科學技術大學于1983年12月研制成功的“銀河-I”，這臺計算機在國防建設和國民經濟發展中發揮了重要作用，中國也成為世界上少數幾個能夠研制超級計算機的國家之一[3]。此后我國在超級計算機研制方面捷報頻傳，如國防科大、國家并行計算中心、中科院計算所、聯想集團等單位相繼推出了“銀河”“神威”“曙光”“深騰”等一系列國產超級計算機系統;2010年11月，中國千萬億次超級計算機“天河一號”在世界超級計算機五百強排行榜(TOP500)上首次問鼎冠軍，2013-2018年，中國“天河二號”和“神威·太湖之光”超級計算機連續排位第一名，實現世界超算“十連冠”[4]。

　　40多年來，中國超級計算機研制從“零的突破”到“世界之巔”，集中地反映了這一國家大型科學工程項目著眼國家倡議需求，堅持走中國特色自主創新之路的科研歷程。不僅滿足了中國尖端技術研究的急需，支援了國民經濟建設，也積累了一整套研發高性能計算機的經驗，使中國人在掌握計算機科學技術上向前跨越了一大步，成果和效用自不待言。但是，中國超級計算機研制歷程的背后，一些發展中的問題還沒有被足夠重視，一些研究的不足還需要關注和探討。特別是2018-2020年，美國“頂點”(Summit)和日本“富岳”(Fugaku)等超級計算機先后超越中國的“神威·太湖之光”成為世界最快超級計算機，而中國的新一代超級計算機遲遲未能推出。

　　因此，中國超級計算機到今天有必要進行自我總結，對其面臨的深層次問題進行一些反思，以期在全球高端科技、尤其是高性能計算機研發領域競爭異常激烈的今天，實現創新驅動發展，為決策者及研究同行提供現實參考。

　　一 自主創新路向何方

　　“創新”在科技類文章中是一個常用詞，大量文獻中使用對“創新”概念的闡述均來源于20世紀初美籍奧地利經濟學家約瑟夫·熊彼特(J. A. Joseph Alois Schumpeter，1883-1950)，他在《經濟發展理論》一書中對創新進行了系統的理論研究。熊彼特的研究雖然具有普適性，但嚴格意義上講，他對的“創新”的闡釋主要還是針對經濟領域和社會生產領域，而并非科學技術領域。20世紀90年代，中國學界開始主動借鑒西方創新理論研究，并結合自身特點和實踐歷程對有關理論進行完善。

　　進入21世紀，中國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中，對自主創新的定義是“通過擁有自主知識產權的獨特的核心技術以及在此基礎上實現新產品的價值的過程”[5]，主要包括原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新三種形式。原始創新指前所未有的科學發現、技術發明、原理性主導技術等創新成果;集成創新指通過對各種現有技術的有效集成，形成有市場競爭力的產品或者新興產業;引進消化吸收再創新是指在引進國外先進技術的基礎上，學習、分析、借鑒，進行再創新，形成具有自主知識產權的新技術。

　　由于國外技術封鎖和國內技術落后的原因，中國首臺超級計算機銀河-I在研制之初，就確定了“走一條自力更生、學習與獨創相結合，起點跟得上當時國際水平的新路子”[6]。銀河-I是以美國第一臺可持續性能達到每秒1億次以上速度的向量超級計算機Cray-1為范本研制的，它在總體方案上瞄準Cray-1，借鑒其成功的設計思想;同時對當時國內沒有或是不能保證質量的核心元器件，設法從外國引進。因此，銀河-I并不是完全自主創新的成果，而是小部分原始創新和大部分集成創新結合的產物。例如，對于無法洞悉Cary-1究竟如何實現億次計算，銀河-I研制人員通過原始創新，突破了雙向量陣列體系結構、改進浮點倒數近似迭代算法、指令鏈接與流水控制、素數模雙總線交叉訪問的存儲控制等關鍵技術。而銀河-I的整體工程實現，是通過大規模綜合集成創新完成的。

　　事實證明，當時這樣做既為整個工程爭取了時間，節約了研制經費，又保證了銀河-I系統性能的高水平。20世紀七八十年代，中國與西方發達國家存在較大技術差距，銀河-I研制利用改革開放條件，走原始創新和集成創新相結合的路子有較強的現實意義。此后采用同樣模式又相繼誕生了銀河-Ⅱ、銀河-Ⅲ等系列超級計算機。同時，機制更為靈活的中國科學院計算機技術研究所、聯想集團等單位和企業，采用“引進-消化-吸收-再創新”的方式，研發成功“曙光-1”“深騰-1800”等系列超級計算機，完成了從大規模并行體系結構的實現，到可擴展共享存儲并行體系結構的跨越。

　　但是，中國超級計算機的自主創新之路并不平坦。2010年11月，當“天河一號”成為世界最快的超級計算機，其核心部件90%以上卻依然采用了美國英特爾公司和AMD公司最先進的CPU(中央處理器)和GPU(圖形加速器)[7]。連續六次登頂世界超級計算機500強之首的“天河二號”，其硬件系統主要部件的計算陣列全部采用美國商用微處理器[8]。2010年曾排名世界第二的中國“曙光星云”超級計算機，核心部件全部是由國外英特爾和英偉達芯片構建的。在中國已成為世界第二大經濟體的今天，國產超級計算機系統核心部件仍大量使用國外進口芯片就不免受到公眾的質疑。

　　事實上，以集成創新為主的模式最終只能仿制別人、依靠別人，引進消化吸收再創新的模式最后會落入“落后-引進-再落后-再引進”的陷阱。2015年，美國政府禁止了英特爾等企業向中國出口超級計算機有關的設施與技術;2018年，美國商務部又簽署了禁購令，要求所有美國公司不得向中國企業出口包括芯片、軟件、操作系統等商品。這對從事中國超級計算機研制的一些單位產生了不利影響，使已經運行的某型超級計算機系統未能繼續升級，甚至導致某項百億億次級計算系統研制進度一再推遲。

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