挑戰(zhàn)

高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的挑戰(zhàn)可以分為在摩爾定律失效前如何可持續(xù)地構(gòu)建E級系統(tǒng)，和后摩爾定律時(shí)代的革命性技術(shù)。

可持續(xù)地構(gòu)建?E?級系統(tǒng)。高性能計(jì)算正處于向?E?級（10¹⁸）邁進(jìn)的時(shí)代，中美兩國都相繼宣布了?E?級超級計(jì)算機(jī)的研制計(jì)劃。盡管突破E級計(jì)算關(guān)口的相關(guān)技術(shù)路線基本明確，但如何構(gòu)建可持續(xù)的E級超算系統(tǒng)，如數(shù)百?Eflops?系統(tǒng)的技術(shù)路線尚不明確。在未來新型器件真正成熟之前，最大的挑戰(zhàn)是如何在高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)技術(shù)上的創(chuàng)新，應(yīng)對整個(gè)系統(tǒng)的部件復(fù)雜度和能耗難以承受的問題，持續(xù)發(fā)展數(shù)百?Eflops?的系統(tǒng)。

后摩爾定律時(shí)代的超算系統(tǒng)。隨著集成電路的發(fā)展進(jìn)入后摩爾時(shí)代，器件特征尺寸已趨于物理極限，當(dāng)前器件的原理和結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足未來?Z?級（10²¹）乃至更高性能?Y?級（10²⁴）超級計(jì)算機(jī)的要求。如何利用新型器件是構(gòu)建后?E?級時(shí)代超算系統(tǒng)的首要挑戰(zhàn)，包括：基于光學(xué)計(jì)算原理和超導(dǎo)計(jì)算原理的新型器件、基于硅光技術(shù)的新型互連和量子計(jì)算機(jī)等。

政策建議

作為科技戰(zhàn)略的制高點(diǎn)，高性能計(jì)算機(jī)是“三個(gè)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(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場”闡述關(guān)于我國高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的政策建議。

面向世界科技前沿。高性能計(jì)算機(jī)的研制代表了電子信息技術(shù)的發(fā)展前沿，建議在面向?Z?級計(jì)算的光學(xué)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、硅光集成技術(shù)、存算一體器件等，在面向?Y?級計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)、非圖靈計(jì)算模型等方面加強(qiáng)基礎(chǔ)前沿技術(shù)的顛覆性突破。

面向國家重大需求。高性能計(jì)算機(jī)始終在服務(wù)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(yīng)用，高性能計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為這些戰(zhàn)略部門的基礎(chǔ)設(shè)施。除了這些以科學(xué)計(jì)算為核心的應(yīng)用，當(dāng)前，圍繞數(shù)據(jù)科學(xué)和智能計(jì)算發(fā)展起來的應(yīng)用已經(jīng)成為新的國家重大需求，對高性能計(jì)算提出了更高、更新的挑戰(zhàn)。特別地，急需建設(shè)面向大數(shù)據(jù)科學(xué)和面向人工智能的高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)，需要在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)上做出相應(yīng)調(diào)整，不能單純以?Linpack?指標(biāo)作為衡量高性能計(jì)算機(jī)的唯一指標(biāo)，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(dǎo)高性能計(jì)算機(jī)健康、全面發(fā)展。

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

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