2021年阻擊中國超算，美國勝算幾何？_風聞

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　　拜登上台以後，總有人幻想他不會像特朗普那樣沒完沒了地卡中國脖子，但現實狠狠地扇了這些人一巴掌。

　　這不，上個月，美國商務部宣佈，將7家中國機構納入“實體清單”，對其進行出口管控。

　　這些機構的名字你乍一看，還以為美國人是攤開中國地圖“畫的叉”：

　　天津飛騰信息技術，國家超級計算濟南中心、深圳中心、無錫中心、鄭州中心，上海高性能集成電路設計中心、成都申威科技。

　　這些機構有什麼共同點呢？他們都屬於超級計算機的產業鏈上，而且更重要的是，他們都參與了中國希望打造的世界首個E級超級計算機研發項目。

　　啥是E級超算？就是一秒鐘可以進行100億億次數學運算的計算機。

　　打個比方，目前中國最快的超算是神威·太湖之光，峯值運算速度是每秒12.5億億次。而E級超算的計算能力是這個峯值的8倍。

　　美國人現在非常**“害怕”**，或者説“擔心”我們把這個東西先搞出來。

　　你可能覺得這玩意跟我沒啥關係，誰愛搞誰搞去，但其實它“間接地”對我們的生活有着非常重要的影響。

　　比方説前些日子，北方接二連三地颳起了沙塵暴，不光是天氣預報，所有人都被打了個措手不及。

　　而更無語的是，4月27號原本“説好了”要降臨北京的沙塵**放了鴿子，**拐個彎跑到東北去了。

　　説到底，天氣預報直到今天也做不到100%準確，因為背後的計算極其複雜多變。

　　而想要更“完美”的天氣預報，超級計算機就能幫上忙。2016年，中國的一個超算項目獲得了“超算界諾貝爾獎”——戈登貝爾獎，這個項目理論上可以模擬區域大小為40000公里×6000公里×30公里範圍內，精確到每488米的天氣變化。

　　中國團隊領完獎後合影留念，從左到右是：清華大學副教授付昊桓、中國科學院軟件研究所研究員楊超、清華大學博士後甘霖。

　　再比方説科學家研製新藥的時候，要做大量的組合測試，但這麼多“測試”藥不可能靠病人一種種去嘗，而是要在虛擬環境中對藥的結構進行仿真測試，如果用普通電腦來做，可能需要數月乃至數年時間，利用超級計算機，可能只需要短短几天；而用上E級超算，可能只需要1天。

　　整個製藥行業的發展可能會因為超算而被改寫，而超算的應用遠不止這些：宇宙探索、核能與新能源、新材料、航空航天、工業仿真計算、人工智能、大數據、物聯網、動漫渲染……

　　所以，看上去與百姓“無關”的超算，其實跟我們每個人都有關係，它是讓我們國家重要產業實現計算能力飛躍的一層**“基礎設施”和“神兵利器”，也是中美競爭博弈中的“必爭之地”**。

　　但中國在這個領域的早期發展充滿了屈辱，連買來的機器都要“仰人鼻息”，想要跟國外“掰手腕”更是痴人説夢。

　　美國人對中國超算的打壓、排擠和制裁，更不是從今天開始的。

　　中國人是怎麼在“窮山惡水”的環境中，從一窮二白開始，進擊到世界超算第一梯隊的？

　　這是一部橫跨40年，歷經三代超算人披肝瀝膽的血淚史。

　　而故事的起點，要從美國人手裏攥着的一把鑰匙説起。

　　01

　　1984年的河北涿州，一間碩大的房間顯得有些怪異。在房間內，竟然又套着一個透明的玻璃屋子。而在玻璃房中間，豎立着一台黑黝黝的機櫃，幾排藍光不時閃爍。

　　這個有點科幻的場景，就是中國的第一台超級計算機——購自美國。

　　如果仔細觀察，你會發現，玻璃房的門上掛着一把鎖。而鑰匙，揣在一個白皮膚大鼻子藍眼睛的人口袋裏。超算開機需要密碼，而密碼，則在這個美國人的腦袋裏，但他不會對任何一個黃皮膚的人説。

　　在玻璃房子旁邊，有他單獨的一間辦公室。

　　每次中國人想要使用中國付錢購買並且安裝在中國大地上的超算時，都要請這個美國人開門、解鎖，而我們給計算機輸入的每一個字節都要在他的監督之下。

　　這就是中國超算史上充滿“屈辱”的玻璃房的故事。

　　而這還不是中國超算“最慘”的時候，最慘那會兒，我們想買，人家都不賣。

　　1961年，IBM研發出9台7030計算機，每秒運算可以達到60萬次，當時中國最先進的電子計算機運算速度只有人家的1/12——5萬次。

　　60年代中法正式建交後，中方曾經通過法國代理公司，尋求購置這台當定價700多萬美元的“國之重器”，但在“巴統”的限制下最****終沒買成。

　　“巴統”是巴黎統籌委員會，一個美國主導建立的對社會主義國家實行禁運和貿易限制的國際組織。

　　巴統的禁運清單很長，包括軍事武器裝備、尖端技術產品和稀有物資等三大類上萬種產品。IBM的7030當然在列。

　　直到1976年末，即將卸任的美國總統福特為了對華示好，更是為了促進本國超算的商業化，出人意料地簽發了兩台Cyber172型入門級超算對華出口許可。

　　但就像出售武器一樣，**怎麼可能給你最好的？**在出口前，他們對Cyber172做了降級處理，而且只限於石油勘探數據測算，嚴禁用於任何其他用途，並派遣專人看管。

　　美國總統福特

　　這就是**“玻璃房”**的由來。

　　兩年後的1978年3月，中央軍委主席鄧小平在會議上的講話擲地有聲：“中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機。”所謂巨型機，就是我們現在的超算。

　　中國的第一代超算研製工作開始蹣跚起步。

　　這時候，美國1976年研發的超算Cray-1，運算速度已經達到了每秒25億次。

　　所以，中國必須要加速趕超。

　　計算機的換代研發，通常是以十倍提速為更新換代的標準。

　　而中國最新的通用計算機 151-4，運算速度不過每秒二百萬次。距離巨型機的規劃性能每秒一億次，有50倍的差距。

　　在整個計算機發展史上，也幾乎沒有跨度如此之大的任務。

　　史詩級難度的任務就要宗師級人物來搞。

　　慈雲桂就是中國計算機界的一代宗師。

　　從研製電子管計算機開始，到晶體管計算機、集成電路計算機，再到“銀河”億次巨型機，中國計算機每一次升級換代，他都是主要推手。

　　1978年5月，慈雲桂帶領團隊，以長沙工學院（一個月後改建為國防科技大學）計算機研究所為依託，開啓了億次巨型機研製工作。

　　長沙是中國的四大火爐，夏天悶熱難捱，每天恨不得抱着電扇，但設計所不能用電扇，因為一用電扇，圖紙、資料就被吹得四處飛揚。

　　當時的國防科大經常停電，因為巨型機耗電量很大，而學校的電壓又不穩，為了保障巨型機順利試運行，必須全校停電。每次停電，全校學生不僅不惱怒，反而都滿懷期待：每次試運行，都意味着可能向成功邁進了一步。

　　研發過程中自然是問題頻出。

　　為採用最新研究成果，慈雲桂果斷拋棄辛苦好幾個月才完成的總體方案**，重新設計。**

　　為了保證機器的穩定性和可靠性，團隊對800多塊多層電路板、600多個插件板、2.5萬條繞接線、12 萬個繞接點和240多萬個焊點逐一檢查了一遍又一遍，總共八遍。

　　為了造出自己的超算，那些年裏，參與設計加工的科研人員，幾乎天天泡在實驗室和工廠，一手拿着放大鏡，一手拿着萬用表，比繡花的大姑娘還仔細。

　　到了晚上12點鐘，研究室裏依舊燈火通明，趕都趕不走。

　　計算所給每人提供了2毛錢的加班工資，但從來沒有人去領。

　　最終，慈雲桂和團隊通過創造性地提出“雙向量陣列”結構，大大提高了機器的運算速度。

　　不僅經費沒超，還提前一年完成了研製任務。

　　時任國防部長張愛萍上將，給這台“爭氣機”起名為“銀河”並題詩：

　　億萬星辰匯銀河，

　　世人難知有幾多。

　　神機妙算巧安排，

　　笑向繁星任高歌。

　　銀河的誕生打破了西方大國在超級計算機上的技術封鎖，讓中國成為繼美國和日本後，世界上第 3 個可以自主研發超級計算機的國家。

　　但這裏的“自主研發”，是有水分的。

　　銀河系列超算，參考了當時世界上最先進的美國超算Cray-1的總體架構，確定頂層架構後，再自上而下拆解部件、材料和設備需求，國內有的就國內配套，國內無法配套的，就從國外購進零部件。

　　事實上，由於當時國內元器件水平落後國際20年，所以，處理器等核心器件用的都是國外的。

　　那個時候，連温飽問題都沒有解決，哪有錢搞超算研發？

　　結果沒想到，美國無意間幫了我們大忙。

　　02

　　1983年，在中國剛剛研製出銀河不久，出現了另一件影響全球格局的大事兒：美國總統里根，提出了“戰略防禦倡議”（SDI，又名**“星球大戰”**計劃）。

　　“星球大戰”的目的，存在爭議。有人相信，該計劃確有其事；另有人認為，該計劃只是為了拖垮蘇聯而杜撰出來的陰謀。

　　但當時的中國專家們敏鋭地發現：“星球大戰”計劃可以極大促進國防科技的發展，進而帶動高新技術和國民經濟的全面振興，搶佔21世紀科技制高點。

　　而在“星球大戰”計劃出台後，不少國家和聯盟都跟進制定相應的政策。

　　在這樣的大背景下，王大珩、王淦昌、陳芳允、楊嘉墀4位科學家聯名上書鄧小平等中央領導人，建議“跟蹤世界戰略性高技術發展”。

　　經小平批示，國務院批准了《高技術研究發展計劃綱要》，由於這個計劃是在1986年3月提出並批准的，所以被命名為**“863計劃”****。**

　　這個計劃的306專項，主攻計算機研發。

　　但是，關於新一代的超算，到底要不要自主研發CPU芯片，業內分化成了三派。

　　一派認為，國產CPU應當從頭搞起，完完全全地“自主化”。

　　**這是所有人都期望的路線。**但問題在於，當時微軟和英特爾組成的Wintel聯盟，幾乎壟斷着全世界的芯片市場。

　　如果做自己的芯片，由於研發時間長，跟國際代差太大，沒有市場競爭力，那就意味着幾乎完全放棄民用市場，只能服務於軍政。

　　**另一派認為，**CPU技術追趕無望，不如先買英特爾的芯片，**把計算機整機技術提上來，**把經費省下來攻堅其他領域，等時機成熟，再來研製中國自己的計算機芯片。

　　“全球不就一個英特爾麼，難道全世界除了美國都不安全了？”

　　第三派比較取巧，覺得芯片還是要做的，但完全自主產權，短期不現實，自主創新也未必一定要從頭搞起。可以先買國外現成的芯片架構，在此基礎上做自主研發。

　　為什麼存在這三派爭議，其實説白了，就倆字：沒錢。

　　銀河系CPU當時用的是英特爾芯片，但經歷過長期國際禁運的中國，有一種對“卡脖子”的天然恐懼。

　　愛國情懷讓他們都想選擇第一條路，**完全自主。**但科學家必須尊重理性，他們知道，技術如同一輛飛馳的列車，晚一秒上車，都可能被對手拉開巨大的差距。如果等待自己的CPU問世後再搞自己的超算，很可能未來將一無所有。

　　科學家們最終權衡再三，還是決定先用英特爾CPU。

　　選用英特爾CPU，不代表完全沒有創新，CPU是超算的核心這沒錯，但起碼花錢還能買得到，而超算的組織架構和系統，是花錢都買不來的關鍵技術。

　　為了提高中國超級計算機的產品化和商品化程度，計算所原所長李國傑大膽開闢了新的路徑。

　　技術上，他在國內首次採用大規模集成電路來研製並行計算機。計算機系統方面，他讓團隊在購買的源代碼上，自行設計自己的操作系統。

　　同時，李國傑精心培養了一支平均年齡只有二十幾歲的五人小組，出海取經，到美國“插隊”，學習主板技術。

　　歷史的舞台安靜非常，一束追光正等來人。

　　1993年10月，計算所成功推出了中國第一台大型高性能並行計算機，也是中國第一台具有商業價值的超級計算機——“曙光一號”，峯值運算速度達每秒6.4 億次，在多個技術上都取得了突破，比如採用全對稱共享存儲多處理結構、操作系統核心實現並行化。

　　關鍵是，在那個經濟建設極度缺錢的年代，曙光一號的直接研製經費只花了兩百萬，研製週期只用了一年半，打破了計算機攻關動輒七八年打“持久戰”的刻板印象。

　　1994 年，曙光一號被寫進了政府工作報告中。

　　1995 年，計算所又推出了升級版的曙光 1000，實現了多個第一：第一台自研的大規模並行處理機結構的計算機，第一台實際運算速度突破每秒 10 億次大關的超級計算機；1997年，榮獲國家科技進步一等獎。

　　曙光1000名聲大噪。

　　當時的中國科大陳國良院士找到計算所：你這個機器能不能賣給我們做教研用？

　　計算所專家説：可以啊，我再給你做一台。

　　機器入駐後，中國科大在機房門口掛了個牌牌：國家高性能計算中心（合肥）。

　　中科大給曙光1000開了張以後，一發不可收拾，西南交大，復旦大學，華中科技大學紛紛購買這台超算，成立國家高性能計算中心（成都）（上海）（武漢）……

　　連澳門的聯合國軟件所，喀麥隆雅温得第二大學也強烈要求中國援助他們一台……

　　1997年9月，遼河油田負責採購的同事找到計算所，有意向購買一台。

　　計算所的人得知這個消息，全員歡呼：中國人用玻璃房子裏的外國計算機尋找石油的日子，終於走到了終點。

　　歷史證明，這一幕還有更深遠的意義：中科院自主研發的超算終於走出了自己的科研圈子，在殘酷的市場競爭中拼命紮下了根。

　　**那麼，**芯片呢？

　　首先，曙光用的是**英特爾芯片，**但在處理結構和操作系統等方面取得了一系列突破性技術進步。

　　那國產的芯片是不是就完全停滯了？

　　其實沒有。

　　2000年前後，有了改開積累的一點經濟底子，中國就立刻開始加速發力國產處理器的研究。上海高性能集成電路設計中心的“申威”、中科院計算所的**“龍芯”、國防科技大學的“飛騰”**等國產處理器先後起步。

　　在之前的“863計劃”和後來的**“核高基”重大專項**支持下，在超算突破的同時，國產CPU也很快實現了從單核到多核的發展：

　　那幾年，中國基本保持着每一兩年就出一款芯片的速度，在性能的趕超上不遺餘力。2004年的龍芯二號，已經可以追平1999年的奔騰三，跟國外芯片的代際差距在不斷縮小。

　　但就在一個個振奮人心的“喜報”傳來的時候，危機也終於暴露了出來。

　　國產CPU在起步之初，其實都是國有研究機構的課題組在做，這是計劃經濟的遺留，而問題就導致了我們的CPU研發，早已適應了課題組的工作模式——拿財政撥款，完成國家交代的研發任務，但和工業界的實際需求存在脱鈎。

　　在“課題組”架構的慣性下，國內公司在“十一五”期間基本都放鬆了單核性能的提高，而轉做多核，核心數基本可以吊打英特爾和AMD，但單核性能的孱弱，讓國產CPU在當時如火如荼的自主信息化市場中幾乎找不到任何生存空間。

　　打個比方，多核就意味着一隊拿着弓箭長矛的晚清士兵，而單核相當於一個穿着防彈衣拎着衝鋒槍的現代士兵——孰強孰弱，一目瞭然。

　　再加上，轉型期恰恰是原課題經費支持的末期，轉型後的公司面臨經費短缺、與市場需求脱節、管理經驗不足等多重困境，市場打不開，核心研發人員被管理問題牽扯了大量精力，內耗重，長期做不出新產品。

　　以龍芯為代表的中國芯片企業，面臨重大危機。

　　2008年，本來市場化程度最高、被寄予厚望的龍芯，耗費八千萬研發的重磅芯片龍芯3B1000，結果連操作系統都啓動不了。

　　2006到2013長達7年的時間裏，龍芯CPU的單核性能只提高了50%，而同期國外的x86 CPU則提高了5倍，兩者的差距，從一兩倍一下拉到了十倍。

　　龍芯痛定思痛。

　　2013年5月，他們暫停了已經完成主要設計的16核龍芯3C處理器的流片，徹底停止16核處理器研製，開始四核3A2000處理器的研發。這意味着，龍芯又要退回去重新走英特爾走過的路。

　　因為，在帶領龍芯經歷了“大煉多核”的慘敗後，龍芯的首席科學家胡偉武逐漸想明白：

　　國產CPU現階段的目標不是比肩現在的英特爾，而是應該學習上個世紀八九十年代的英特爾——踏踏實實，一步一個腳印，不求快，但求穩，優先搶佔中低端市場，站穩腳跟，再向高端市場發展。

　　胡偉武定下了三條策略：

　　**第一，穩紮穩打。**從低端市場做起，先造出好用的CPU，把龍芯應用到門鎖、學習機和衞星這些場景上面，保證龍芯的現金流。

　　**第二，向上兼容。**暫停多核研發，專注提升單核性能，既可以改善用户體驗，也可以提高技術測試跑分。

　　**第三，注重生態。**主動團結一切能團結的系統商、軟件商和ODM工廠，像服務員一樣服務好他們。

　　從定位“高精尖”、一門心思“趕英超美”，到認清現實，進而有勇氣“壯士斷腕”，並且真的毅然決然迴歸中低端市場，龍芯的落差和壓力可想而知。

　　但這條路，起碼目前看來，是走對了。

　　2020年，龍芯發佈自主研發的28nm製程的新處理器龍芯3A4000/3B4000。

　　芯片中的所有功能模塊，包括CPU核心、片內互聯總線、DDR4內存控制器及各種IO接口模塊等的所有源代碼均自主設計。

　　除了流片廠家提供的基本設計環境，核心環節沒有使用任何第三方技術。

　　龍芯中科副總裁張戈介紹，龍芯的合作伙伴已增至近千家，下游基於龍芯的開發人員達到數萬人，龍芯在政企、安全、金融、能源、交通、教育等各個應用場景中都有廣泛的應用。2019年，龍芯芯片出貨量達到50萬顆以上，在國產化應用中市場份額遙遙領先。

　　那麼，除了龍芯，中國的超算芯片產業實力到底如何呢？

　　目前主流的超算國產CPU主要有申威、龍芯、飛騰、鯤鵬、海光、兆芯等幾家公司。

　　海光、兆芯是IP核授權模式，也叫內核層級授權；鯤鵬、飛騰是架構授權模式；申威、龍芯均有獨立自主的指令集，可以實現14nm芯片的量產。

　　那這些授權是什麼意思呢？

　　其實就像我寫了這篇文章，我告訴甲，你可以拿去修改後使用，便是**“架構層級授權”；我告訴乙，你可以在你的文章中完整引用我的文章，但不能改，這就是“內核級授權”**；而申威和龍芯跟他們不同，完全獨立寫自己的文章。

　　CPU執行計算任務時都需要遵從一定的規範，程序在被執行前都需要先翻譯為CPU可以理解的語言，這種規範或語言就是指令集。

　　中國超算芯片從當年“好大喜功”的“多核陷阱”中走了出來，轉向穩紮穩打，雖然慢、難，但勝在穩、有成效。

　　2016年接棒天河2號登頂的神威·太湖之光，用的就是有自主知識產權的申威SW26010處理器。

　　申威CPU是由無錫江南計算機研究所研製的，主要定位於關鍵領域專用，其指令集最早源自於DEC的Alpha架構。

　　Alpha架構是與英特爾x86和艾康ARM架構不同的另一種架構，不同架構對應不同的計算機語言（指令集），架構的作用就是識別計算機語言。

　　不過經過10多年的研究和發展，其新的指令集跟Alpha沒有關係了，最新的SW1621處理器使用的是申威自己定義的SW64指令集。

　　基於完全自主的指令集架構，申威CPU知識產權和自主研發能力不受限制，可以自主發展，不存在被斷供、制裁或停止授權的風險。

　　説到芯片，知乎有網友提問説：為什麼中國的芯片製造技術不行，但能做出世界第一的超算？

　　首先，芯片製造技術行不行，是一個相對的概念，面對台積電，三星，英特爾這三家，我們是落後的。

　　除了這三家，你還能找出來一個整體技術實力比龍芯和中芯國際強的嗎？幾乎沒有。

　　通俗地説，超算是硬件和軟件的搭配，硬件的核心是處理器。

　　但能造的出好的硬件和軟件，不一定可以造出世界第一的超算，因為如果想發揮硬件和軟件的威力，我們還需要能最大化調用軟硬件能力的系統。

　　這就像組裝賽車，高級的改車師傅可以用一般的零件通過更優的搭配，造出高性能的跑車，而一般的師傅，即使有頂級的配件，也不一定能造出頂級的跑車。

　　超算也是這個道理。

　　而我們在前期銀河系的模仿過程中，我們通過模仿別人的超算，學會了“組裝”；

　　在中期的曙光系市場化的過程中，我們優化了“組裝方法”，並創造了自己的“拿手絕活”，甚至比原廠家乾的還好；

　　現在，我們不僅有了高超的裝配能力，而且可以**自主生產所需的所有配件。**雖然核心技術上，距離美國還有一定的距離，但這個差距完全可以被高超的裝配技術抹平。

　　看着中國這個“徒弟”的手藝越來越純熟、高超，儘管美國沒有傳授自己壓箱底的絕活，但中國在“幹中學”的過程裏獨創了屬於自己的拿手絕活。

　　美國坐不住了。

　　2015年，在連續佔據多屆榜首的天河2號“改進版”試圖將計算性能再次翻番的前夕，奧巴馬政府宣佈將國防科大和國家超算天津、長沙、廣州中心列入“實體清單”，**芯片禁售，**從產業鏈條和技術層面遏制中國。

　　在此之前，中國對於芯片不能自主，雖“如鯁在喉”，但還是有點“心存僥倖”，希望可以有更多的追趕時間。

　　美國一宣佈制裁，不僅使天河2的升級晚了2年，也擊碎了中國的最後一點僥倖。

　　兩年後，國防科大推出自主設計的40納米制程Matrix2000處理器，替代了英特爾的“至強”，這才完成升級。

　　美國的“斷供”，也刺激中國，2016年推出了完全自主的超算神威·太湖之光。

　　目前，從上榜數量和性能上看，中國已躋身超算大國之列。

　　各國超算算力佔比

　　但是如果把超算“拆”開來看，**中國超算發展還面臨諸多挑戰。**比如，雖然神威贏得榜首，但當時的申威 CPU 用的是 28 納米制程，落後美國英特爾芯片的 22納米。

　　所以，雖然中國在計算機芯片研製方面已經可以做到自主，但美國公司仍佔據絕對優勢。

　　其次，軟件開發能力滯後，限制了中國超算系統的使用效率和應用水平。

　　這也是為什麼有網友認為中國的超算是“面子工程”的原因之一。

　　但是現在我們也在積極地解決這些問題。而且，我們的應用水平也不像部分網友想象的那麼落後。

　　**目前，我們已經連續兩年拿了超算界的“諾貝爾獎”——戈登貝爾獎，**該獎設立於1987年，主要頒發給高性能應用領域最傑出成就，這説明我們的應用水平在飛快提高。

　　美國在超算領域，曾經是“獨孤求敗”。驀然回首，世界超算的格局已悄然改變。

　　為了捍衞自己的絕對領先地位，美國在2020年宣佈建造“極光”“前沿”和“酋長巖”三台E級超算。中國領先半步，自主研發的E級超算“天河三號”原型機、神威E級原型機和曙光E級原型機系統已於2018年完成交付。

　　其中，神威E級原型機硬件、軟件和應用三大系統中，處理器、網絡芯片組、存儲和管理系統等**核心器件全部為國產化。而“天河三號”E級原型機則採用自主的飛騰處理器、天河高速互聯通信和麒麟操作系統，實現了芯片的全國產化，**告別了前代的英特爾芯片。

　　那麼，中美超算之爭，接下來將走向何方？

　　03

　　E級超算，或許是傳統計算領域的終極競爭，在這個領域，或許中國還落後美國半個身位，不是擁有絕對實力的世界第一。

　　但在更為“恐怖”的量子計算領域，中國是有望超過美國、問鼎全球最強的尖端領域。

　　什麼是量子計算？經典計算機使用晶體管作為比特（bit），以晶體管的開閉狀態分別表示1和0，但量子計算機使用量子態疊加，每個量子比特能夠同時表示二進制中的0和1的疊加態，這就使得量子計算機相較經典計算機算力發生爆發式增長，形成**“量子優越性”。**

　　在解決實際問題的過程中，中央處理器（CPU）採用“串行”計算，也就是將一個問題的若干部分按照順序依次進行運算；圖形處理器（GPU）採用“並行”計算，將一個問題拆成若干個小問題後，同時對每個小問題的一部分進行運算；量子處理器（QPU）則利用量子疊加性快速遍歷問題的各種可能性並找到正確答案。

　　這就使得，量子計算機可以突破現有計算機的算力限制，助力科學家攻克更難的科研難題。

　　比如，目前一些醫藥、生命、金融等領域的機器學習模型複雜程度已經接近經典計算機運行的極限，通過量子邏輯開發出來的量子算法，可以構建更好的機器學習模型。

　　量子計算機幾乎可以破解任何密碼，也可以衝破現有的軍事安全系統，修改導彈軌道。

　　比如，號稱全球最重視人權和隱私的美國，過去多年就一直在竊取各國的加密信息，但有的加密信息暫時還解不了，為此**美國****國家安全局還專門在猶他州建立了一個數據中心，**專門存儲從各國竊取的加密信息。

　　反正破解不了，那存了幹啥呢？

　　等有了量子計算機再解。

　　所以説，全球任何國家先有了量子計算機，幾乎就可以將其他國家的加密傳輸、安防系統視若無物。

　　而且更要命的是，如果那一天到來，我們根本沒有“對等反制措施”。

　　所以，未來的競爭更多地聚焦在量子領域。

　　説到“量子計算”，有人説，這是中國的**“第一騙子產業”。**

　　如果真如他們所説，量子計算是“騙子”產業，那美國“上當”更早。

　　美國從上世紀90年代即開始將量子技術作為國家發展重點，在量子相關學科建設、人才梯隊培養、產品研發及產業化方面進行大量佈局，聯邦政府機構對量子計算領域的支持在每年2億美元以上。

　　近兩年來，美國政府的支持力度更大。

　　2018年，美國推出《國家量子計劃法案》，計劃撥付更多資金，全力推動量子科學發展。2019年，美國政府發佈未來工業發展計劃，認為發展量子科學能夠保持美國在全球產業變革中的主導地位。

　　歐洲、日本，也不斷出台支持措施。

　　中國也推出了一系列支持量子計算的政策措施，但起步較晚。

　　所以，在2019年以前，美國的量子計算領先全球。9月，谷歌推出53個量子比特的“懸鈴木”，在人類歷史上首次實現“量子霸權”——也就是對所有傳統計算機的超越。

　　懸鈴木到底有多牛呢？它僅需花200秒就能對一個量子線路取樣一百萬次，而相同的運算量在當今世界最大的超級計算機“富嶽”上則需要1萬年才能完成。

　　但是，美國的這一領先只有15個月。

　　2020年12月4日，中科大向世界宣佈：潘建偉等人成功構建了一台76個光子的量子計算原型機——“九章”。

　　“九章”有多厲害呢？

　　在求解5000萬個樣本的“高斯玻色取樣”時，目前世界上最快的超級計算機——日本富嶽，需要6億年；中國最快的超算——太湖之光，需要25億年。

　　而“九章”僅需200秒！

　　比富嶽快100萬億倍，比 “懸鈴木”快100億倍！

　　那麼，“九章”的具體運算速度是多少呢？

　　unknown——不是“不知道”，而是**“未知值”**。

　　那麼，這就帶來一個問題。

　　既然有了吊打超算的量子計算機，我們還需要超級計算機嗎？

　　傳統超算和量子計算機，就好比火車和飛機。

　　雖然飛機的速度比火車快，但並不能完全取代火車。

　　另外，目前中美兩國的量子計算機，還處於初始的“原型機”階段，**暫時****只能求解特定問題，**還不能像超算一樣，應用於所有領域。

　　所以，在大部分領域、未來的相當長一段時間內，傳統超算，依舊有用武之地。所以，全球各國才繼續發力傳統超算。

　　尾聲

　　在超算領域，中國曾經落後了美國半個世紀，現在勉強追平。

　　在量子計算領域，儘管美國比中國提前佈局，但中國在這方面的研究進展，一日千里。

　　可以説，中美兩國在量子領域發展初期，就貼身肉搏，“拳拳到肉”，中美膠着向前，中國暫時領先。

　　但美國已經公佈了他們下一階段的路線圖——爭取2023年實現1000個量子比特的量子計算機。

　　在實現這個目標之前，研發團隊將先在2021年和2022年分別建成包含127個和433個量子比特的中型量子計算機。

　　未來的10-15年，世界各國在量子計算機領域的競爭，將進一步激化。

　　在傳統計算時代，美國以硅谷領銜，統治了世界。

　　未來，量子計算時代，籌碼將被重新分配。

　　世界範圍內，一場量子爭霸戰已經打響。

　　這場戰鬥，在實驗室而不是在戰場上。

　　勝負的賭注，是下一個計算時代。

　　在這場已經打響的量子戰爭中，中國除了贏，沒有其他選擇。

　　酷玩實驗室整理編輯

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　　參考資料：

　　品玩：科技創新****70年丨中國超級計算進擊史

　　酷玩實驗室：中國第一“騙子產業”，怎麼就成了美國的心腹大患？

　　六尺巷文化：慈雲桂，從**“賬房先生”到“中國巨型計算機之父”**

　　飯統戴老闆：死磕：一顆國產****CPU的浮沉樣本 |2021-03-08

　　觀察者網：超越中美，日本超算時隔****9年再登頂全球500強

　　人民網：中國躋身世界超算第一方陣