危機與轉機：解析美國制裁下的中國超級電腦

4月8日，美國商務部網站發布公告，把中國國家超級計算濟南中心、國家超級計算深圳中心、國家超級計算無錫中心、國家超級計算鄭州中心、上海高性能集成電路設計中心、成都申威科技有限責任公司、天津飛騰信息技術有限公司七家研究機構及企業納入其「實體清單」，實施出口管制等措施。一時間，有關美國制裁中國超級電腦「產業鏈」的消息開始在財經領域蔓延。

但另一方面，美國的制裁似乎也成了某種肯定的標誌，隨着中國的「E級」（即每秒進行一百億億次計算）超級電腦，即神威E級原型機、「天河三號」E級原型機已投入使用，這意味着中國自研設備似已刺激華府，使之需要以「違反美國國家安全或外交政策利益」的名義採取些措施。問題也隨之而來：中國的超級電腦研發水平究竟如何？美國的制裁又會帶來怎樣的影響？

自力更生二十年

事實上，超級電腦是美國最早對中國展開產業鏈制裁、壓制乃至隔絕的產業。早在美國前總統特朗普（Donald Trump）發動對華貿易戰之前，奧巴馬（Barack Obama）當局已在2015年4月指令禁止該國英特爾（Intel）向中國4家機構出售用於超級電腦處理器的Xeon晶片。

到2019年6月，美國還把海光、曙光、無錫江南技術研究所等五家機構列入實體清單。到2021年，中國研發超級電腦的主要機構與企業基本都已上榜，但美國的「制裁」較之中國的佈局已存在明顯滯後。

資料顯示，中國在21世紀初曾同步展開十多個晶片、處理器項目，每個項目的投入資金在50億美元到100億美元不等。中國早在2010年發佈每秒4,700萬億次運算的「天河一號」超級電腦時，其基於台積電65納米工藝，利用SPARC指令集架構（即晶片設計結構與程序設計）自行研發的飛騰系列處理器即已投入使用。

此外，中國還從2002年開始基於SPARC和ALPHA兩種指令集架構，利用自行研發的龍芯晶片，結合MIPS架構這種西方開發者一度放棄，但適合應用在超級電腦上的處理器開發方案，為中國自行研發的超級電腦處理器奠定了基礎。龍芯方案最終在曙光5000L超級電腦上得到應用，此後的曙光6000系列雖然性能並不出眾，但《麻省理工評論》等權威媒體指出，這是「有史以來性能最為高效的中國自主研發的超級電腦」。

對西方來説，中國超級電腦研發的爆發點始於2016年6月。當時，採用了40,960個中國自主研發的「申威（Sunway）26010」眾核處理器的「神威·太湖之光」超級電腦超越了以英特爾公司「至強」晶片為核心的中國「天河二號」計算機，成為當時世界運算能力最強的超級電腦。

雖然申威處理器的很多細節尚屬機密，外界無從得知，但包括美國工程院院士唐加拉（Jack Dongarra）在內的一些權威學者經研究公開申報數據認為，申威處理器的配套指令集架構是獨立的。而非西方觀察家們猜測的，基於美國ALPHA指令集的開發架構。這意味着中國可能以此為基礎建立了一套獨立於美國的的計算機技術體系。

壓力之下的現狀

這樣一來，考慮到飛騰、申威都是早就具備獨立研發能力的企業，美國的制裁其意義可能就相對有限：美國雖然希望從關鍵的晶片技術研發上進行封堵，從而打壓中國的超算發展，從而削弱中國的科技競爭優勢。但中國也在近20年間的發展中找到了一條死中求活的生路。

有分析指出，相對於依賴美國超微半導體（AMD）晶片，導致海光等企業被制裁後就無疾而終的「曙光E」，飛騰和申威已經依靠其E級超級電腦展示其抗壓能力。

飛騰公司目前使用的晶片指令集架構是英國ARM公司推出的「ARMv9」指令集，它不受美國出口管理條例的約束。申威公司則從美國的ALPHA架構上展示了自主創新的一面。

不過，中國企業未來超級電腦的晶片設計可能仍需要美國技術基礎的電子設計自動化（EDA）軟件，美國如以「制裁」華為公司方式，確保中國不能得到任何美國技術，這可能會使後續新一代晶片的設計受到一定的影響。

此外，美國如對台積電等主要半導體企業施壓，這也有可能影響這幾家公司相關產品的生產進度。雖然飛騰公司使用的台積電7納米晶片牽涉的美國知識產權不足產品總知識產權的10%，較之25%的制裁線尚遠。但考慮到美國有可能以意識形態前提（如新疆人權等）採取措施，台積電迫於壓力，亦有可能斷供。

北京已經於「十四五」規劃和2025遠景綱要中強調「強化算力統籌智能調度，建設若干國家樞紐節點和大數據中心集羣，建設E級和10E級超級計算中心」，北京對超級電腦技術的政策傾斜或許會在未來更加突出。考慮到10E級超級電腦不僅僅需要技術投入，其維持設備運轉的龐大耗電量還需要配套的電站等能源樞紐，這將讓未來的超級電腦競爭變成基礎設施建設的競爭，而中美在這一領域上的較量也由此悄然拓展開來。