超級電腦世界爭霸戰的啟示錄─美中經濟（14）

作者：陳華夫

根據媒體報導，2020/6月全球超級計算機500強榜單顯示，第一名是日本的「富岳」，它的運算能力是415.53 petaFLOPS，比第二名的美國IBM超級電腦「高峰」（Summit）的148 petaFLOPS快三倍，而第三名也是美國，第四、五名則是中國的超級電腦。（按：所謂FLOPS (Floating-point operations per second)是每秒浮點運算次數，而一petaFLOPS ＝每秒一千兆（10的15次方）次的浮點運算，比通常「筆電」的運算速度gigaFLOPS（10的9次方）快一百萬倍（10的6次方））

「富岳」超級電腦是由日本的理化學研究所（RIKEN）和富士通公司共同合作打造，該晶片技術是日本軟銀集團旗下的安謀（ARM）控股公司設計的ARM技術架構，富士通表示，這是繼富士通的超級電腦「K」在2011年奪冠以來，日本超級電腦再次拿下榜首。證明安謀已經足以在高性能電腦計算領域與英特爾（intel）競爭。（請看軟銀斥234億英鎊收購英國晶片巨頭ARM，創歐洲科技界併購紀錄）

超級電腦比一般的電腦快一百萬（10的6次方）以上的主要原因是它採用異構計算（Heterogeneous computing）架構─即使用不同類型的「處理器」來處理不同類型的計算任務。常見的「處理器」包括：CPU、GPGPU（General-Purpose Graphics Processing Units）、GPDSP（General-Purpose Digital Signal Processor）、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field－Programmable Gate Array)和其它類型的眾（多）核「處理器」等。異構計算架構的超級電腦至少採用2種類型的「處理器」，其中，通用的CPU負責複雜邏輯的調度和串行（Serial）任務，其它的GPGPU、GPDSP、ASIC、FPGA等「處理器」，負責並行計算（Parallel Computing）的任務，以加速超級電腦的計算速度。（見拙文蘋果新款「M1晶片」之AI晶片爭霸戰─科技與智慧（15））

目前世界上高效能運算（HPC）的主流架構是Intel x86 架構，為了避免 x86 技術外流，Intel 與 AMD 於 2009 年簽署了交叉協議，禁止協力廠商對外轉讓 x86 架構授權。2019/6/21日，美國商務部將中國相關的 5 間超級電腦業者，列入禁令的實體名單，禁止美國企業科技出貨給這些企業，其中三家是超微半導體（AMD）中國合作的相關企業，包含天津海光、成都海光與中科曙光。

此前華爾街日報有報導，AMD曾洩漏技術機密給中國公司。但根據 Tom’s hardware 於2019/6 Computex 2019 對 AMD CEO Lisa Su 的訪談，她表示第二代的 Zen 2 架構將不會授權給天津海光，雙方的合作只會停留在第一代Zen 1的架構，也就是說中國將無法取得更進一步的架構授權，在美國商務部禁令生效後，天津海光委託的晶圓代工廠也無法使用美國科技生產這款晶片。（按：AMD的 Zen 2 架構，採用台積電最新的 7nm 製程，對 Intel 公司的Intel x86 很大的威脅）

美國禁止中國取得 Intel x86 架構處理器之後，中國於 2015 年啟用「神威太湖之光」超級電腦，成為 2018 年 8月以前世界最快的超級電腦，但它並沒有採用 Intel x86 架構，而是採用異構計算架構，堆疊了達 40,960 顆的 DEC Alpha 架構處理器（該架構專利已經過期），並聯起來擁有一共10,649,600 個 CPU 核心，它並持續尋找如安謀（ARM）、開源的 RISC-V 以及除了Intel及AMD，另一家擁有 x86 架構處理器技術的「上海兆芯積體電路公司」（技術來自威盛電子）等x86以外的架構。

超級電腦的應用領域非常廣泛，可以用在氣候預報、石油勘探、藥物開發和汽車設計等方面。在醫學領域，對人體血流進行模擬與分析，可以即時判定病人是否會發生腦中風的風險，及DNA測序等，而「富岳」目前已用於新冠病毒的診斷與傳播。在人工智慧領域，可以應用到電腦圍棋對弈中，每一手到終局的模擬。（請看拙文「人工智慧」的AlphaGo「圍棋革命」─圍棋的本質（1）），而在軍事方面的破解密碼和發展核武（核爆炸模擬）等都需要高速處理大量複雜計算。

2020/12/4日中國科學技術大學宣布，該校研究團隊與中科院上海微系統所、國家平行電腦工程技術研究中心合作，構建了76個光子的量子計算原型機「九章」。其速度比去年谷歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。《科學》雜誌評價，「九章」是最先進的實驗及重大成就，但量子優越性實驗不能一蹴而就，最終量子並行性會產生傳統計算機無法企及的算力。（見拙文美中「量子科技」爭霸戰─科技與智慧（8））

大陸在超級計算、軌道交通、量子資訊、增材製造等領域也取得了一系列突破。比如，在超級計算方面繼續保持優勢，在世界超算前500排名中，大陸超級電腦台數占45%。（見5年攀升15名陸創新力排第14）