2021年拜登阻击中国超算,美国胜算几何?(组图)

投稿时间:2021-05-06  消息来源:  提交者:洪门小拳

拜登上台以后,总有人幻想他不会像特朗普那样没完没了地卡中国脖子,但现实狠狠地扇了这些人一巴掌。

这不,上个月,美国商务部宣布,将7家中国机构纳入“实体清单”,对其进行出口管控。



这些机构的名字你乍一看,还以为美国人是摊开中国地图“画的叉”:

天津飞腾信息技术,国家超级计算济南中心、深圳中心、无锡中心、郑州中心,上海高性能集成电路设计中心、成都申威科技。

这些机构有什么共同点呢?他们都属于超级计算机的产业链上,而且更重要的是,他们都参与了中国希望打造的世界首个E级超级计算机研发项目。

啥是E级超算?就是一秒钟可以进行100亿亿次数学运算的计算机。

打个比方,目前中国最快的超算是神威·太湖之光,峰值运算速度是每秒12.5亿亿次。而E级超算的计算能力是这个峰值的8倍。



美国人现在非常“害怕”,或者说“担心”我们把这个东西先搞出来。

你可能觉得这玩意跟我没啥关系,谁爱搞谁搞去,但其实它“间接地”对我们的生活有着非常重要的影响。

比方说前些日子,北方接二连三地刮起了沙尘暴,不光是天气预报,所有人都被打了个措手不及。

而更无语的是,4月27号原本“说好了”要降临北京的沙尘放了鸽子,拐个弯跑到东北去了。







说到底,天气预报直到今天也做不到100%准确,因为背后的计算极其复杂多变。

而想要更“完美”的天气预报,超级计算机就能帮上忙。2016年,中国的一个超算项目获得了“超算界诺贝尔奖”——戈登贝尔奖,这个项目理论上可以模拟区域大小为40000公里×6000公里×30公里范围内,精确到每488米的天气变化。



中国团队领完奖后合影留念,从左到右是:清华大学副教授付昊桓、中国科学院软件研究所研究员杨超、清华大学博士后甘霖。

再比方说科学家研制新药的时候,要做大量的组合测试,但这么多“测试”药不可能靠病人一种种去尝,而是要在虚拟环境中对药的结构进行仿真测试,如果用普通电脑来做,可能需要数月乃至数年时间,利用超级计算机,可能只需要短短几天;而用上E级超算,可能只需要1天。

整个制药行业的发展可能会因为超算而被改写,而超算的应用远不止这些:宇宙探索、核能与新能源、新材料、航空航天、工业仿真计算、人工智能、大数据、物联网、动漫渲染……

所以,看上去与百姓“无关”的超算,其实跟我们每个人都有关系,它是让我们国家重要产业实现计算能力飞跃的一层“基础设施”和“神兵利器”,也是中美竞争博弈中的“必争之地”。



但中国在这个领域的早期发展充满了屈辱,连买来的机器都要“仰人鼻息”,想要跟国外“掰手腕”更是痴人说梦。

美国人对中国超算的打压、排挤和制裁,更不是从今天开始的。

中国人是怎么在“穷山恶水”的环境中,从一穷二白开始,进击到世界超算第一梯队的?

这是一部横跨40年,历经三代超算人披肝沥胆的血泪史。

而故事的起点,要从美国人手里攥着的一把钥匙说起。



01

1984年的河北涿州,一间硕大的房间显得有些怪异。在房间内,竟然又套着一个透明的玻璃屋子。而在玻璃房中间,竖立着一台黑黝黝的机柜,几排蓝光不时闪烁。



这个有点科幻的场景,就是中国的第一台超级计算机——购自美国。

如果仔细观察,你会发现,玻璃房的门上挂着一把锁。而钥匙,揣在一个白皮肤大鼻子蓝眼睛的人口袋里。超算开机需要密码,而密码,则在这个美国人的脑袋里,但他不会对任何一个黄皮肤的人说。

在玻璃房子旁边,有他单独的一间办公室。

每次中国人想要使用中国付钱购买并且安装在中国大地上的超算时,都要请这个美国人开门、解锁,而我们给计算机输入的每一个字节都要在他的监督之下。



这就是中国超算史上充满“屈辱”的玻璃房的故事。

而这还不是中国超算“最惨”的时候,最惨那会儿,我们想买,人家都不卖。

1961年,IBM研发出9台7030计算机,每秒运算可以达到60万次,当时中国最先进的电子计算机运算速度只有人家的1/12——5万次。

60年代中法正式建交后,中方曾经通过法国代理公司,寻求购置这台当定价700多万美元的“国之重器”,但在“巴统”的限制下最终没买成。



“巴统”是巴黎统筹委员会,一个美国主导建立的对社会主义国家实行禁运和贸易限制的国际组织。

巴统的禁运清单很长,包括军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类上万种产品。IBM的7030当然在列。

直到1976年末,即将卸任的美国总统福特为了对华示好,更是为了促进本国超算的商业化,出人意料地签发了两台Cyber172型入门级超算对华出口许可。

但就像出售武器一样,怎么可能给你最好的?在出口前,他们对Cyber172做了降级处理,而且只限于石油勘探数据测算,严禁用于任何其他用途,并派遣专人看管。



美国总统福特

这就是“玻璃房”的由来。

两年后的1978年3月,中央军委主席邓小平在会议上的讲话掷地有声:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机。”所谓巨型机,就是我们现在的超算。

中国的第一代超算研制工作开始蹒跚起步。

这时候,美国1976年研发的超算Cray-1,运算速度已经达到了每秒25亿次。

所以,中国必须要加速赶超。



计算机的换代研发,通常是以十倍提速为更新换代的标准。

而中国最新的通用计算机 151-4,运算速度不过每秒二百万次。距离巨型机的规划性能每秒一亿次,有50倍的差距。

在整个计算机发展史上,也几乎没有跨度如此之大的任务。

史诗级难度的任务就要宗师级人物来搞。

慈云桂就是中国计算机界的一代宗师。



从研制电子管计算机开始,到晶体管计算机、集成电路计算机,再到“银河”亿次巨型机,中国计算机每一次升级换代,他都是主要推手。

1978年5月,慈云桂带领团队,以长沙工学院(一个月后改建为国防科技大学)计算机研究所为依托,开启了亿次巨型机研制工作。

长沙是中国的四大火炉,夏天闷热难挨,每天恨不得抱着电扇,但设计所不能用电扇,因为一用电扇,图纸、资料就被吹得四处飞扬。



当时的国防科大经常停电,因为巨型机耗电量很大,而学校的电压又不稳,为了保障巨型机顺利试运行,必须全校停电。每次停电,全校学生不仅不恼怒,反而都满怀期待:每次试运行,都意味着可能向成功迈进了一步。

研发过程中自然是问题频出。

为采用最新研究成果,慈云桂果断抛弃辛苦好几个月才完成的总体方案,重新设计。

为了保证机器的稳定性和可靠性,团队对800多块多层电路板、600多个插件板、2.5万条绕接线、12 万个绕接点和240多万个焊点逐一检查了一遍又一遍,总共八遍。



为了造出自己的超算,那些年里,参与设计加工的科研人员,几乎天天泡在实验室和工厂,一手拿着放大镜,一手拿着万用表,比绣花的大姑娘还仔细。

到了晚上12点钟,研究室里依旧灯火通明,赶都赶不走。

计算所给每人提供了2毛钱的加班工资,但从来没有人去领。

最终,慈云桂和团队通过创造性地提出“双向量阵列”结构,大大提高了机器的运算速度。

不仅经费没超,还提前一年完成了研制任务。

时任国防部长张爱萍上将,给这台“争气机”起名为“银河”并题诗:

亿万星辰汇银河,

世人难知有几多。

神机妙算巧安排,

笑向繁星任高歌。



银河的诞生打破了西方大国在超级计算机上的技术封锁,让中国成为继美国和日本后,世界上第 3 个可以自主研发超级计算机的国家。

但这里的“自主研发”,是有水分的。

银河系列超算,参考了当时世界上最先进的美国超算Cray-1的总体架构,确定顶层架构后,再自上而下拆解部件、材料和设备需求,国内有的就国内配套,国内无法配套的,就从国外购进零部件。

事实上,由于当时国内元器件水平落后国际20年,所以,处理器等核心器件用的都是国外的。

那个时候,连温饱问题都没有解决,哪有钱搞超算研发?



结果没想到,美国无意间帮了我们大忙。



02

1983年,在中国刚刚研制出银河不久,出现了另一件影响全球格局的大事儿:美国总统里根,提出了“战略防御倡议”(SDI,又名“星球大战”计划)。



“星球大战”的目的,存在争议。有人相信,该计划确有其事;另有人认为,该计划只是为了拖垮苏联而杜撰出来的阴谋。

但当时的中国专家们敏锐地发现:“星球大战”计划可以极大促进国防科技的发展,进而带动高新技术和国民经济的全面振兴,抢占21世纪科技制高点。

而在“星球大战”计划出台后,不少国家和联盟都跟进制定相应的政策。

在这样的大背景下,王大珩、王淦昌、陈芳允、杨嘉墀4位科学家联名上书邓小平等中央领导人,建议“跟踪世界战略性高技术发展”。



经小平批示,国务院批准了《高技术研究发展计划纲要》,由于这个计划是在1986年3月提出并批准的,所以被命名为“863计划”。

这个计划的306专项,主攻计算机研发。

但是,关于新一代的超算,到底要不要自主研发CPU芯片,业内分化成了三派。

一派认为,国产CPU应当从头搞起,完完全全地“自主化”。

这是所有人都期望的路线。但问题在于,当时微软和英特尔组成的Wintel联盟,几乎垄断着全世界的芯片市场。



如果做自己的芯片,由于研发时间长,跟国际代差太大,没有市场竞争力,那就意味着几乎完全放弃民用市场,只能服务于军政。

另一派认为,CPU技术追赶无望,不如先买英特尔的芯片,把计算机整机技术提上来,把经费省下来攻坚其他领域,等时机成熟,再来研制中国自己的计算机芯片。

“全球不就一个英特尔么,难道全世界除了美国都不安全了?”

第三派比较取巧,觉得芯片还是要做的,但完全自主产权,短期不现实,自主创新也未必一定要从头搞起。可以先买国外现成的芯片架构,在此基础上做自主研发。

为什么存在这三派争议,其实说白了,就俩字:没钱。



银河系CPU当时用的是英特尔芯片,但经历过长期国际禁运的中国,有一种对“卡脖子”的天然恐惧。

爱国情怀让他们都想选择第一条路,完全自主。但科学家必须尊重理性,他们知道,技术如同一辆飞驰的列车,晚一秒上车,都可能被对手拉开巨大的差距。如果等待自己的CPU问世后再搞自己的超算,很可能未来将一无所有。

科学家们最终权衡再三,还是决定先用英特尔CPU。

选用英特尔CPU,不代表完全没有创新,CPU是超算的核心这没错,但起码花钱还能买得到,而超算的组织架构和系统,是花钱都买不来的关键技术。

为了提高中国超级计算机的产品化和商品化程度,计算所原所长李国杰大胆开辟了新的路径。



技术上,他在国内首次采用大规模集成电路来研制并行计算机。计算机系统方面,他让团队在购买的源代码上,自行设计自己的操作系统。

同时,李国杰精心培养了一支平均年龄只有二十几岁的五人小组,出海取经,到美国“插队”,学习主板技术。

历史的舞台安静非常,一束追光正等来人。

1993年10月,计算所成功推出了中国第一台大型高性能并行计算机,也是中国第一台具有商业价值的超级计算机——“曙光一号”,峰值运算速度达每秒6.4 亿次,在多个技术上都取得了突破,比如采用全对称共享存储多处理结构、操作系统核心实现并行化。



关键是,在那个经济建设极度缺钱的年代,曙光一号的直接研制经费只花了两百万,研制周期只用了一年半,打破了计算机攻关动辄七八年打“持久战”的刻板印象。

1994 年,曙光一号被写进了政府工作报告中。

1995 年,计算所又推出了升级版的曙光 1000,实现了多个第一:第一台自研的大规模并行处理机结构的计算机,第一台实际运算速度突破每秒 10 亿次大关的超级计算机;1997年,荣获国家科技进步一等奖。



曙光1000名声大噪。

当时的中国科大陈国良院士找到计算所:你这个机器能不能卖给我们做教研用?

计算所专家说:可以啊,我再给你做一台。

机器入驻后,中国科大在机房门口挂了个牌牌:国家高性能计算中心(合肥)。

中科大给曙光1000开了张以后,一发不可收拾,西南交大,复旦大学,华中科技大学纷纷购买这台超算,成立国家高性能计算中心(成都)(上海)(武汉)……



连澳门的联合国软件所,喀麦隆雅温得第二大学也强烈要求中国援助他们一台……

1997年9月,辽河油田负责采购的同事找到计算所,有意向购买一台。

计算所的人得知这个消息,全员欢呼:中国人用玻璃房子里的外国计算机寻找石油的日子,终于走到了终点。

历史证明,这一幕还有更深远的意义:中科院自主研发的超算终于走出了自己的科研圈子,在残酷的市场竞争中拼命扎下了根。

那么,芯片呢?

首先,曙光用的是英特尔芯片,但在处理结构和操作系统等方面取得了一系列突破性技术进步。

那国产的芯片是不是就完全停滞了?

其实没有。



2000年前后,有了改开积累的一点经济底子,中国就立刻开始加速发力国产处理器的研究。上海高性能集成电路设计中心的“申威”、中科院计算所的“龙芯”、国防科技大学的“飞腾”等国产处理器先后起步。

在之前的“863计划”和后来的“核高基”重大专项支持下,在超算突破的同时,国产CPU也很快实现了从单核到多核的发展:

那几年,中国基本保持着每一两年就出一款芯片的速度,在性能的赶超上不遗余力。2004年的龙芯二号,已经可以追平1999年的奔腾三,跟国外芯片的代际差距在不断缩小。



但就在一个个振奋人心的“喜报”传来的时候,危机也终于暴露了出来。

国产CPU在起步之初,其实都是国有研究机构的课题组在做,这是计划经济的遗留,而问题就导致了我们的CPU研发,早已适应了课题组的工作模式——拿财政拨款,完成国家交代的研发任务,但和工业界的实际需求存在脱钩。

在“课题组”架构的惯性下,国内公司在“十一五”期间基本都放松了单核性能的提高,而转做多核,核心数基本可以吊打英特尔和AMD,但单核性能的孱弱,让国产CPU在当时如火如荼的自主信息化市场中几乎找不到任何生存空间。

打个比方,多核就意味着一队拿着弓箭长矛的晚清士兵,而单核相当于一个穿着防弹衣拎着冲锋枪的现代士兵——孰强孰弱,一目了然。



再加上,转型期恰恰是原课题经费支持的末期,转型后的公司面临经费短缺、与市场需求脱节、管理经验不足等多重困境,市场打不开,核心研发人员被管理问题牵扯了大量精力,内耗重,长期做不出新产品。

以龙芯为代表的中国芯片企业,面临重大危机。

2008年,本来市场化程度最高、被寄予厚望的龙芯,耗费八千万研发的重磅芯片龙芯3B1000,结果连操作系统都启动不了。

2006到2013长达7年的时间里,龙芯CPU的单核性能只提高了50%,而同期国外的x86 CPU则提高了5倍,两者的差距,从一两倍一下拉到了十倍。



龙芯痛定思痛。

2013年5月,他们暂停了已经完成主要设计的16核龙芯3C处理器的流片,彻底停止16核处理器研制,开始四核3A2000处理器的研发。这意味着,龙芯又要退回去重新走英特尔走过的路。

因为,在带领龙芯经历了“大炼多核”的惨败后,龙芯的首席科学家胡伟武逐渐想明白:

国产CPU现阶段的目标不是比肩现在的英特尔,而是应该学习上个世纪八九十年代的英特尔——踏踏实实,一步一个脚印,不求快,但求稳,优先抢占中低端市场,站稳脚跟,再向高端市场发展。



胡伟武定下了三条策略:

第一,稳扎稳打。从低端市场做起,先造出好用的CPU,把龙芯应用到门锁、学习机和卫星这些场景上面,保证龙芯的现金流。

第二,向上兼容。暂停多核研发,专注提升单核性能,既可以改善用户体验,也可以提高技术测试跑分。

第三,注重生态。主动团结一切能团结的系统商、软件商和ODM工厂,像服务员一样服务好他们。

从定位“高精尖”、一门心思“赶英超美”,到认清现实,进而有勇气“壮士断腕”,并且真的毅然决然回归中低端市场,龙芯的落差和压力可想而知。

但这条路,起码目前看来,是走对了。

2020年,龙芯发布自主研发的28nm制程的新处理器龙芯3A4000/3B4000。



芯片中的所有功能模块,包括CPU核心、片内互联总线、DDR4内存控制器及各种IO接口模块等的所有源代码均自主设计。

除了流片厂家提供的基本设计环境,核心环节没有使用任何第三方技术。

龙芯中科副总裁张戈介绍,龙芯的合作伙伴已增至近千家,下游基于龙芯的开发人员达到数万人,龙芯在政企、安全、金融、能源、交通、教育等各个应用场景中都有广泛的应用。2019年,龙芯芯片出货量达到50万颗以上,在国产化应用中市场份额遥遥领先。

那么,除了龙芯,中国的超算芯片产业实力到底如何呢?



目前主流的超算国产CPU主要有申威、龙芯、飞腾、鲲鹏、海光、兆芯等几家公司。

海光、兆芯是IP核授权模式,也叫内核层级授权;鲲鹏、飞腾是架构授权模式;申威、龙芯均有独立自主的指令集,可以实现14nm芯片的量产。

那这些授权是什么意思呢?

其实就像我写了这篇文章,我告诉甲,你可以拿去修改后使用,便是“架构层级授权”;我告诉乙,你可以在你的文章中完整引用我的文章,但不能改,这就是“内核级授权”;而申威和龙芯跟他们不同,完全独立写自己的文章。

CPU执行计算任务时都需要遵从一定的规范,程序在被执行前都需要先翻译为CPU可以理解的语言,这种规范或语言就是指令集。



中国超算芯片从当年“好大喜功”的“多核陷阱”中走了出来,转向稳扎稳打,虽然慢、难,但胜在稳、有成效。

2016年接棒天河2号登顶的神威·太湖之光,用的就是有自主知识产权的申威SW26010处理器。

申威CPU是由无锡江南计算机研究所研制的,主要定位于关键领域专用,其指令集最早源自于DEC的Alpha架构。

Alpha架构是与英特尔x86和艾康ARM架构不同的另一种架构,不同架构对应不同的计算机语言(指令集),架构的作用就是识别计算机语言。

不过经过10多年的研究和发展,其新的指令集跟Alpha没有关系了,最新的SW1621处理器使用的是申威自己定义的SW64指令集。

基于完全自主的指令集架构,申威CPU知识产权和自主研发能力不受限制,可以自主发展,不存在被断供、制裁或停止授权的风险。



说到芯片,知乎有网友提问说:为什么中国的芯片制造技术不行,但能做出世界第一的超算?

首先,芯片制造技术行不行,是一个相对的概念,面对台积电,三星,英特尔这三家,我们是落后的。

除了这三家,你还能找出来一个整体技术实力比龙芯和中芯国际强的吗?几乎没有。

通俗地说,超算是硬件和软件的搭配,硬件的核心是处理器。

但能造的出好的硬件和软件,不一定可以造出世界第一的超算,因为如果想发挥硬件和软件的威力,我们还需要能最大化调用软硬件能力的系统。

这就像组装赛车,高级的改车师傅可以用一般的零件通过更优的搭配,造出高性能的跑车,而一般的师傅,即使有顶级的配件,也不一定能造出顶级的跑车。



超算也是这个道理。

而我们在前期银河系的模仿过程中,我们通过模仿别人的超算,学会了“组装”;

在中期的曙光系市场化的过程中,我们优化了“组装方法”,并创造了自己的“拿手绝活”,甚至比原厂家干的还好;

现在,我们不仅有了高超的装配能力,而且可以自主生产所需的所有配件。虽然核心技术上,距离美国还有一定的距离,但这个差距完全可以被高超的装配技术抹平。

看着中国这个“徒弟”的手艺越来越纯熟、高超,尽管美国没有传授自己压箱底的绝活,但中国在“干中学”的过程里独创了属于自己的拿手绝活。

美国坐不住了。

2015年,在连续占据多届榜首的天河2号“改进版”试图将计算性能再次翻番的前夕,奥巴马政府宣布将国防科大和国家超算天津、长沙、广州中心列入“实体清单”,芯片禁售,从产业链条和技术层面遏制中国。



在此之前,中国对于芯片不能自主,虽“如鲠在喉”,但还是有点“心存侥幸”,希望可以有更多的追赶时间。

美国一宣布制裁,不仅使天河2的升级晚了2年,也击碎了中国的最后一点侥幸。

两年后,国防科大推出自主设计的40纳米制程Matrix2000处理器,替代了英特尔的“至强”,这才完成升级。

美国的“断供”,也刺激中国,2016年推出了完全自主的超算神威·太湖之光。

目前,从上榜数量和性能上看,中国已跻身超算大国之列。





各国超算算力占比



但是如果把超算“拆”开来看,中国超算发展还面临诸多挑战。比如,虽然神威赢得榜首,但当时的申威 CPU 用的是 28 纳米制程,落后美国英特尔芯片的 22纳米。

所以,虽然中国在计算机芯片研制方面已经可以做到自主,但美国公司仍占据绝对优势。

其次,软件开发能力滞后,限制了中国超算系统的使用效率和应用水平。

这也是为什么有网友认为中国的超算是“面子工程”的原因之一。

但是现在我们也在积极地解决这些问题。而且,我们的应用水平也不像部分网友想象的那么落后。

目前,我们已经连续两年拿了超算界的“诺贝尔奖”——戈登贝尔奖,该奖设立于1987年,主要颁发给高性能应用领域最杰出成就,这说明我们的应用水平在飞快提高。





美国在超算领域,曾经是“独孤求败”。蓦然回首,世界超算的格局已悄然改变。

为了捍卫自己的绝对领先地位,美国在2020年宣布建造“极光”“前沿”和“酋长岩”三台E级超算。中国领先半步,自主研发的E级超算“天河三号”原型机、神威E级原型机和曙光E级原型机系统已于2018年完成交付。

其中,神威E级原型机硬件、软件和应用三大系统中,处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件全部为国产化。而“天河三号”E级原型机则采用自主的飞腾处理器、天河高速互联通信和麒麟操作系统,实现了芯片的全国产化,告别了前代的英特尔芯片。

那么,中美超算之争,接下来将走向何方?



03

E级超算,或许是传统计算领域的终极竞争,在这个领域,或许中国还落后美国半个身位,不是拥有绝对实力的世界第一。

但在更为“恐怖”的量子计算领域,中国是有望超过美国、问鼎全球最强的尖端领域。

什么是量子计算?经典计算机使用晶体管作为比特(bit),以晶体管的开闭状态分别表示1和0,但量子计算机使用量子态叠加,每个量子比特能够同时表示二进制中的0和1的叠加态,这就使得量子计算机相较经典计算机算力发生爆发式增长,形成“量子优越性”。



在解决实际问题的过程中,中央处理器(CPU)采用“串行”计算,也就是将一个问题的若干部分按照顺序依次进行运算;图形处理器(GPU)采用“并行”计算,将一个问题拆成若干个小问题后,同时对每个小问题的一部分进行运算;量子处理器(QPU)则利用量子叠加性快速遍历问题的各种可能性并找到正确答案。





这就使得,量子计算机可以突破现有计算机的算力限制,助力科学家攻克更难的科研难题。

比如,目前一些医药、生命、金融等领域的机器学习模型复杂程度已经接近经典计算机运行的极限,通过量子逻辑开发出来的量子算法,可以构建更好的机器学习模型。

量子计算机几乎可以破解任何密码,也可以冲破现有的军事安全系统,修改导弹轨道。

比如,号称全球最重视人权和隐私的美国,过去多年就一直在窃取各国的加密信息,但有的加密信息暂时还解不了,为此美国国家安全局还专门在犹他州建立了一个数据中心,专门存储从各国窃取的加密信息。



反正破解不了,那存了干啥呢?

等有了量子计算机再解。

所以说,全球任何国家先有了量子计算机,几乎就可以将其他国家的加密传输、安防系统视若无物。

而且更要命的是,如果那一天到来,我们根本没有“对等反制措施”。



所以,未来的竞争更多地聚焦在量子领域。

说到“量子计算”,有人说,这是中国的“第一骗子产业”。

如果真如他们所说,量子计算是“骗子”产业,那美国“上当”更早。

美国从上世纪90年代即开始将量子技术作为国家发展重点,在量子相关学科建设、人才梯队培养、产品研发及产业化方面进行大量布局,联邦政府机构对量子计算领域的支持在每年2亿美元以上。



近两年来,美国政府的支持力度更大。

2018年,美国推出《国家量子计划法案》,计划拨付更多资金,全力推动量子科学发展。2019年,美国政府发布未来工业发展计划,认为发展量子科学能够保持美国在全球产业变革中的主导地位。

欧洲、日本,也不断出台支持措施。



中国也推出了一系列支持量子计算的政策措施,但起步较晚。

所以,在2019年以前,美国的量子计算领先全球。9月,谷歌推出53个量子比特的“悬铃木”,在人类历史上首次实现“量子霸权”——也就是对所有传统计算机的超越。

悬铃木到底有多牛呢?它仅需花200秒就能对一个量子线路取样一百万次,而相同的运算量在当今世界最大的超级计算机“富岳”上则需要1万年才能完成。

但是,美国的这一领先只有15个月。

2020年12月4日,中科大向世界宣布:潘建伟等人成功构建了一台76个光子的量子计算原型机——“九章”。



“九章”有多厉害呢?

在求解5000万个样本的“高斯玻色取样”时,目前世界上最快的超级计算机——日本富岳,需要6亿年;中国最快的超算——太湖之光,需要25亿年。

而“九章”仅需200秒!

比富岳快100万亿倍,比 “悬铃木”快100亿倍!

那么,“九章”的具体运算速度是多少呢?

unknown——不是“不知道”,而是“未知值”。



那么,这就带来一个问题。

既然有了吊打超算的量子计算机,我们还需要超级计算机吗?

传统超算和量子计算机,就好比火车和飞机。

虽然飞机的速度比火车快,但并不能完全取代火车。

另外,目前中美两国的量子计算机,还处于初始的“原型机”阶段,暂时只能求解特定问题,还不能像超算一样,应用于所有领域。

所以,在大部分领域、未来的相当长一段时间内,传统超算,依旧有用武之地。所以,全球各国才继续发力传统超算。

尾声

在超算领域,中国曾经落后了美国半个世纪,现在勉强追平。

在量子计算领域,尽管美国比中国提前布局,但中国在这方面的研究进展,一日千里。

可以说,中美两国在量子领域发展初期,就贴身肉搏,“拳拳到肉”,中美胶着向前,中国暂时领先。

但美国已经公布了他们下一阶段的路线图——争取2023年实现1000个量子比特的量子计算机。

在实现这个目标之前,研发团队将先在2021年和2022年分别建成包含127个和433个量子比特的中型量子计算机。



未来的10-15年,世界各国在量子计算机领域的竞争,将进一步激化。

在传统计算时代,美国以硅谷领衔,统治了世界。

未来,量子计算时代,筹码将被重新分配。

世界范围内,一场量子争霸战已经打响。

这场战斗,在实验室而不是在战场上。

胜负的赌注,是下一个计算时代。

在这场已经打响的量子战争中,中国除了赢,没有其他选择。

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