日前，国防科技大学官方新闻宣布，由国防科技大学牵头研制的“天河三号E级原型机系统”已在国家超级计算天津中心完成研制部署，并于22日顺利通过项目课题验收。未来2-3年内，国防科技大学团队将打造出全自主的具有国际领先水平的新一代“天河三号”E级超级计算机。

　　E级超算，是指每秒钟运算一百亿亿次的超级计算机。自从今年6月份美国SUMMIT超算超过中国的神威太湖之光，登顶全球最快超算TOP500榜单之后，中国，美国，日本和欧洲，这些在超算领域最为领先的国家和地区，纷纷加快了研制速度。其中，中美日三国最为领先，目前都计划在2021年左右研发完毕，而欧洲的计划则要落后几年。

　　天河三号原型机打了谁的脸？

　　就在国防科技大学公布天河三号原型机进度之前一个礼拜，TOP500网站的总编辑发表了一篇典型西方视角的预测文章。文章总结了前一段时间全球超算领域最大的三个新闻，一个是日本富士通公司开发Post-K（后京级）超算的进度，一个是美国SUMMIT系统重新夺回TOP500榜单的冠军，第三个居然是引述中国的一位参加E级超算的学者的话称：中国的超算计划需要推后大约一年，从领先美日约一年推后到和美日同一年完成。而TOP500总编辑给出的理由是：中国需要从三种国产CPU之中选出一种，需要做更加详尽的评估，所以才需要推迟。文章中提到的中国的三种国产CPU是：上海高性能集成电路设计中心的申威系列，由国防科技大学创业公司飞腾公司生产的ARM架构的飞腾系列，以及天津海光公司依靠美国AMD公司授权，使用ZEN内核的X86架构处理器。

　　但TOP500总编辑没有意识到，中国在超级计算机项目的研发上从来都是多种方案齐头并进，互为备份，以降低风险的。并不存在需要从三种国产CPU种选出一种再进行研发的惯例。

　　实际上，中国目前正在进行的E级超算项目有三个：

　　天河三号

　　2018年5月19日，国家超算天津中心展示了天河三号原型机，预计在2018年底投入使用，而根据国防科大日前的这则新闻，实际上目前的进度已经提前。天河三号的全配置主机计划在2020年投入使用，性能计划为1EFlops。 天河三号将使用飞腾FT2000plus或者后续型号的CPU，以及国防科技大学的Matrix2000plus或者后续型号的加速器。

　　神威E级

　　2018年7月神威E级原型机落户于国家超算济南中心，还需要三年左右的研发时间，将在2021年正式投入使用。神威的CPU肯定是申威系列的最新型号，加速器可能也会采用Matrix2000plus或者其后续型号。

　　曙光E级

　　2016年7月4日，中科曙光在其举办的“2016中科曙光技术创新大会（IDIC2016）”上宣布，由其牵头的E级超算原型系统项目正式发布，在核心技术方面，曙光介绍了超融合自适应并行处理体系结构（HCAPP）和全浸没式相变液冷技术（整台超算浸没在冷却液中），但对于所采用的CPU和加速器并没有更多消息透露。外界猜测曙光可能会采用中科院体系内研发的CPU和加速器（比如龙芯系列）。曙光E级的最终部署时间也将会在2020年以后。

　　但是，天河三号原型机的出现，被打脸得最狠的并不是TOP500总编辑，而是美国政府。

　　事情要从天河三号的上一代机型，天河2号说起。天河系列超算，从天河1号开始就一直使用美国公司制造的CPU和加速器芯片。比如，天河2号使用Intel Xeon E5 CPU和Intel Xeon Phi加速器芯片，而天河2A仍然使用Intel Xeon E5 CPU，加速器芯片换成了国产Matrix2000。最重要的是，天河2号从2013年6月登顶TOP500排行榜，成为世界上运算速度最快的超算，一直到2016年6月让位于神威太湖之光，整整“霸榜”了三年之久，美国的面子挂不住了。于是在2015年4月9日，美国商务部宣布对中国的四家超算机构禁运Intel的至强Xeon处理器和Xeon Phi加速器。受到禁运的四家中国机构是：国家超级计算长沙中心，国家超级计算广州中心，国家超级计算天津中心和国防科技大学。对中国其他企业和机构没有禁运。

　　天河三号将成为“争气机”

　　美国不是禁运吗？那好，天河三号从CPU（飞腾），到加速器芯片（Matrix2000plus），到互联接口芯片，路由芯片，全都采用国产货；新型的计算处理、高速互连、并行存储、服务处理、监控诊断、基础架构等硬件分系统全都是国产原创设计；系统操作、并行开发、应用支撑和综合管理等软件分系统全面国产可控。而天河三号将要和美国的Aurora超算，作为人类第一批E级超算，争夺TOP500的冠军。这个脸打得狠不狠？（实际上在美国禁运之后，使用国产申威CPU的神威太湖之光又“霸榜”了两年，直到上个月才让位于美国的SUMMIT超算，也够打脸的了）

　　美国更是搬起石头砸了自己的脚

　　目前TOP500排名第一的美国SUMMIT超算的运算速度约为每秒12亿亿次，约为E级超算的12%。SUMMIT系统的升级空间有限。

　　美国的第一台E级超算名为Aurora （原计划运算速度为18.5亿亿次）， 将安装在Argonne 国家实验室，原计划在2018年底投入使用，后被推迟到2021年投入使用，性能也将提升到（1E Flops，即100亿亿次）。戏剧性的是Aurora被推迟的原因：由于其原计划使用Intel Xeon CPU和Xeon Phi加速器，其中Intel 的Xeon Phi加速器已经在2017年8月停产，而基于10nm制程工艺的下一代Xeon Phi加速器，Intel目前还根本没有计划。

　　那么Intel为什么停产Xeon Phi加速器？我们可以来列一列事实：

　　中国的天河2号分别使用了3.2万颗Xeon E5 CPU和4.8万颗Xeon Phi加速器。

　　对于Xeon Phi的销量，Intel曾表示过2016年的目标是10万颗出货量。

　　可见，单单我国的天河2号就达到了Intel约一半的Xeon Phi销量。

　　2015年4月9日，美国商务部宣布对中国的四家超算机构禁运Intel的至强Xeon处理器和Xeon Phi加速器。

　　2016年6月18日，Xeon Phi 7290/7250加速器价格直接腰斩。到2017年8月24日，Intel 宣布Xeon Phi 7200系列协处理器加速卡进入停产退市进程。

　　笔者毫不怀疑，Intel停产Xeon Phi产品线的重要原因之一是失去了中国超算的市场。

　　美国真是搬起石头砸了自己的脚。Aurora未来的技术方案还有待观察。

　　未来E级超算的竞争，也是核心处理器的竞争

　　美国的SUMMIT系统使用的是IBM Power9处理器和Nvidia Tesla加速器。第一台E级超算的处理器和加速器方案还有待观察。

　　日本的第一台E级超算将是富士通公司的Post-K系统，使用富士通公司设计的ARM众核处理器。

　　欧洲国家也为下一代超算在开发国产的处理器，基于ARM架构和RISC-V架构。这项工作的推动力量是欧洲处理器计划（EPI）。该计划是一个大型计划的一部分，目标是发展不依赖于美国芯片制造商的超算制造能力，尤其是要摆脱对Intel， AMD，Nvidia和IBM的依赖。EPI计划最近开始实施，目标是在2020年前制造出pre-E级的处理器版本。

　　需要指出的是，欧洲和日本的半导体企业均没有目前最先进的半导体制程技术。全球逻辑器件（不包括闪存和内存）的最先进制程工艺掌握在四家企业手中：台湾的台积电，韩国的三星，美国的Intel和 Global Foundries。 这四家企业的逻辑器件制程工艺已经在向10纳米以下发展。而欧洲和日本的半导体企业生产逻辑器件的制程工艺目前还停留在28纳米以上。这意味着，欧洲和日本公司设计的先进处理器，他们自己也制造不了，必须由台积电，三星或者Global Foundries代工。

　　值得欣慰的是，中国的中芯国际正在向14纳米的制程工艺进军，将于2019年上半年量产。这意味着我国的超算芯片将会使用14纳米的工艺（之前的申威，飞腾CPU和Matrix2000加速器均由国产28纳米以上的工艺生产，或者由海外企业代工生产），我国超算芯片的性能将会迎来一次飞跃。

　　对于关注超算领域的人来说，2020年和2021年将会是非常热闹的两年。我们将目睹人类首批E级超算投入使用。而在这场竞赛中，中国的超算将是第一名的最有力的竞争者。