全球最快超级计算机竞赛

高性能超级计算机可以解决气候科学、航空航天设计、生物医学和粒子物理学中的复杂问题。但它们也用于开发新型隐形技术、运行复杂的弹道模型和模拟核武器爆炸。

上个月，中国宣布对超级计算机技术和高性能无人机的出口实施新限制。就在一周前，奥巴马政府公布了一项新的国家计划，承诺到 2025 年推出一台比中国天河二号（目前世界上速度最快的超级计算机）强大 30 倍的百亿亿亿次级超级计算机。几个月前，美国商务部以安全问题为由，禁止向中国超级计算机（包括天河二号）运送数万块美国制造的英特尔芯片。

2010 年 12 月，总统科学技术顾问委员会 (PCAST​​) 向国会和行政部门提交了一份长达 100 多页的建议系列。这份题为“设计数字化未来”的报告概述了美国政府如何才能充分利用其资源来保持其在 IT 基础设施和计算领域的优势。但在这些建议和研发目标中，该报告提出了警告：避免与中国进行毫无成效且可能造成损害的超级计算“军备竞赛”。

中美超级计算机霸主地位的竞争最近升级，与网络战、全球恐怖主义和国家支持的黑客等 21 世纪新出现的威胁有关。正如 PCAST​​ 五年前警告的那样，这可能会对所有人产生不利影响。

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美国和中国在超级计算机领域的竞争至少可以追溯到十年前，但这场竞争主要是国家声望的较量。战略与国际研究中心高级研究员兼战略技术项目主任詹姆斯·安德鲁·刘易斯 (James Andrew Lewis) 表示，中国之所以痴迷于拥有世界上最快的超级计算机，是因为它想向世界展示自己的技术实力。在两国争夺世界最快超级计算机 TOP500 榜单的头把交椅时，超级计算机对国家安全的潜在影响在很大程度上仍处于次要地位。

通过拒绝中国接收美国制造的英特尔处理器，美国将国家安全问题推到了风口浪尖。从纸面上看，美国商务部拒绝了英特尔的出口申请，理由是天河二号和其他中国超级计算机被用于“违反美国国家安全或外交政策”的“核爆炸活动”。

尤其是自 1996 年《禁止核试验条约》通过，禁止进行实弹核武器试验以来，这种建模变得越来越重要。美国能源部拥有全球速度最快的 10 台超级计算机中的 4 台，它们至少部分用于这种核武器建模和研究。尽管对中国武器建模能力的担忧可能完全合理，但此前中国超级计算能力的提升并未引发美国像今年早些时候那样的反应。

那么有什么变化呢？

“过去一两年，中国人在军事用途（军事情报用途）的计算能力上有所进步，这可能令人担忧，”刘易斯说。“斯诺登曝光后，美国需要重新考虑其发送情报的方式，这通常意味着更大的计算机。所以我认为，正是这些外部事件（尤其是中国表现更好）推动了其中的一些。”

网络间谍和网络战已成为安全政策的驱动力量。

正如核武器在冷战期间推动了超级计算技术的发展一样，网络间谍和网络战等威胁在过去几年中已成为安全政策的推动力。军队和情报机构现在可以访问的数据比以往任何时候都多，需要保护的数据比以往任何时候都多，试图破坏或攻击其数据网络的潜在对手也比以往任何时候都多。这是一个巨大的数据问题——特别适合更大、更快的超级计算平台。

“所有信号情报机构——美国国家安全局、英国政府通信总部——都对大数据非常感兴趣，因为如果他们能够以足够快的方式处理这些数据，他们就能开始在这些网络节点之间建立联系，”伦敦国王学院战争研究系的教学研究员蒂姆·史蒂文斯说。“这当然是信号情报的梦想。”

史蒂文斯表示，在两个主要领域中，卓越的超级计算技术可以对国家安全产生巨大影响。第一个领域是反恐，即利用大数据分析筛选海量数据，在噪音中寻找信号，识别与国家安全相关的个人和/或事件的行为模式或联系。另一个更重要的领域是网络安全，许多分析人士认为美国在这一领域已经落后。

“能够实时处理网络数据，了解威胁来自何处，了解网络上的恶意节点建立了哪些类型的连接，了解软件或恶意软件在这些网络上的传播情况，并能够对国家安全机构感兴趣的网络动态进行建模、拦截和跟踪，”史蒂文斯说，“这些都是超级计算真正具有未来前景的领域。”

奥巴马政府设想的百亿亿次级计算机能够每秒进行 1 千万亿次（即 1,000,000,000,000,000,000 次）或 10 亿亿次浮点运算（即 1 百亿亿次浮点运算），这将使我们对气候变化、疾病​​或宇宙起源的理解取得重大飞跃。但是，就像上世纪中叶开发的第一台高性能机器一样，第一台百亿亿次级超级计算机可能会用于国家安全。

科学事业的国家安全因素有助于推动竞争，而竞争又推动资金和其他资源的分配。它可以将科学追求提升为国家当务之急。但它也可能扭曲优先事项，这正是 PCAST​​ 在 2010 年试图警告的。

作者写道：“虽然在具有明显实际意义的科学性能基准方面，让我们远远落后于同行是不明智的，但一心一意地专注于保持 FLOP 计数的明显优势可能不符合我们的国家利益。”他们说，这样的“军备竞赛”代价高昂，而对 FLOP 计数的痴迷可能会分散资源，使其无法用于进行全新的突破性发现。

此外，史蒂文斯表示，百亿亿次浮点计算里程碑完全是任意的。这是超越现有机器名单的下一个数值范式（天河二号最新计算结果为 33.86 千万亿次浮点计算 [10 ¹⁵ FLOP]）。“它具有象征意义，”他说，“这些技术科学项目显然具有非常强烈的国家声望象征意义，就像冷战期间一样。”但他补充道，“美国没有真正可以想象的理由打败中国。如果他们需要更多的计算能力，他们就会建造它——谁说你必须是最快的？”

尽管如此，奥巴马政府已承诺要向百亿亿次级计算迈进。中国目前遥遥领先于世界第二快的机器——美国能源部的泰坦超级计算机以每秒 17.59 千万亿次的速度运行，速度仅为天河二号的一半。但如果美国坚持其承诺，史蒂文斯认为它能够率先达到百亿亿次级。

他说：“美国在想做某事时总是能成功，这真是了不起。”“如果美国真的认为百亿亿次计算是为了国家利益而必须做的事情，并且愿意为此投入资金，那么我认为美国没有理由不取得领先。”