美欲重夺超算霸主：18亿美元投资新E级超算计划2022年完成

本周一，美国能源部（U.S. Department of Energy）宣布了一项新的超级计算机计划，该计划的预算可能高达18亿美元，并部署两套系统，其中一套在橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory），其能力将比现在的计算机强50到100倍。

新系统被称为E级计算机（Exascale computers，每秒百亿亿次浮点运算）。美国能源部称新的超级计算机将巩固美国在E级计算领域的领导地位。

美国能源部长里克·佩里（Rick Perry）周一宣布了这项计划。佩里宣布了征求方案（RFP），要求在2021-2023年左右开发至少两台新型E级超级计算机，部署在能源部国家实验室。

根据新闻稿，“通过此RFP资助的新超级计算机将成为继去年6月佩里部长授权的美国第一台E级系统Aurora（极光）的后续系统，Aurora系统目前正在阿贡实验室开发，计划在2021年上线。”RFP预计2022-2023年可以升级Aurora系统，甚至开发新的后续系统，“这取决于到那时对需求和机会的评估。”

阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）位于芝加哥西南约25英里处。

RFP要求在橡树岭国家实验室部署一个E级系统，另一个系统将部署在加州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）。

佩里说：“这些新系统代表了下一代的超级计算，对我们国家的科学家和美国的工业来说都是至关重要的。”“它们将有助于确保美国在高性能计算这一重要领域继续领导地位，这是我们国家安全、繁荣和竞争力的重要组成部分。”

新闻稿称，RFP选定的系统将“增强美国E级计算的能力，并有助于维持美国长期以来在科学和工业高性能计算领域的全球领导地位，在竞争日益激烈的国际环境下，美国的领导地位正面临挑战。”

新系统的性能将比目前美国最快的超级计算机高出50到100倍。新闻稿称，他们将通过建模和仿真，高性能数据分析，人工智能和机器学习应用，实现科学和工业上的突破。 潜在的用例包括：

该RFP是三个实验室之间合作的产物，分别为橡树岭（Oak Ridge）、阿贡（Argonne）和利弗莫尔（Livermore），合称CORAL。这为美国工业界提供了机会，可以开发至少两种新的独特系统设计，每种设计的成本范围可能在4亿到6亿美元之间，可能会出现与前两种设计类似或完全不同的第三种系统。 未来的数额将取决于国会拨款。

根据全球超级计算机TOP500的数据，ORNL目前拥有美国最强大的超级计算机。TOP500在每年6月和11月发布一次排名。ORNL的Titan（泰坦）超级计算机目前世界排名第五，运算速度达到17.59petaflop/s，被用于材料科学、核能、燃烧学和气候科学等领域的研究。

但是，新的E级超算预计比泰坦强大10倍，预计今年夏天在ORNL进行调试。该系统速度达到200 petaFlops，代号Summit。预计它将成为世界上最快的超级计算机，比中国目前最强大的93petaFlops的神威·太湖之光强大两倍。

Petaflop指每秒执行的浮点运算次数，1petaflops即每秒一千万亿次浮点运算。

在3月的预算听证会上，美国田纳西州共和党代表Chuck Fleischmann表示，在ORNL，继Summit超算之后的新E级系统可能被称为Frontier。Fleischmann说， Summit超算可能将改变美国和中国之间超级计算霸主地位的竞赛，这是美国E级计算至关重要的一步。他说，美国和中国正在争夺超级计算霸主地位，而这场竞争对于科技进步至关重要。

2017年10月5日，在橡树岭国家实验室的Oak Ridge Leadership Computing Facility安装了Summit超级计算机。（图片来源：ORNL）

Fleischmann引用《科学》杂志2月9日的一篇文章说，美国在超级计算机领域的排名曾经领先数十年，但现在已经远远落后。他说，中国排名前两位的机器的总能力已经超过了美国能源部的全部21台超级计算机。

Fleischmann说，中国或日本预计将在差不多同一时间部署自己的E级系统，因此美国需要在2021年前部署自己的E级系统，以保持竞争力。

在3月份的预算听证会上，佩里表示，美国能源部对2019财年开始的预算要求从10月1日开始，包括E级计算的6.36亿美元，其中DOE科学办公室的预算为4.73亿美元，国家核安全局为1.63亿美元。 这比2017财年的支出增加了3.76亿美元。去年6月美国能源部已经给6家领先机构提供2.58亿美元资金，以加快部署全美首个百亿亿次超级计算机。

能源部在网上发布的预算报告称，该预算请求将资助阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室的研究、开发和设计工作，预计2021年部署具有E级计算能力的超算系统，并预计在2022年采用另一种不同架构的系统。

佩里说，阿贡国家实验室将拥有第一台E级计算机，紧随其后的是橡树岭国家实验室。“这应该能让我们回到世界第一或第二的位置，”他说。

佩里表示，紧随E级计算的将是量子计算，而ORNL将在这个领域发挥非常重要的作用。

美国能源部2019财政年度的预算要求还包括量子计算的1.05亿美元。

今年1月，TOP500报道称，中国计划今年内推出“准E级超级计算机”（pre-exascale supercomputer），可能会超越Summit，破坏美国重夺TOP500冠军的野心。