华盛顿时间7月30日,美国总统奥巴马下达行政命令建立国家战略计算项目。这不单强烈的表明了超级计算机(HPC)在现代社会中极端重要的地位,还反映了美国政府越发担忧在HPC领域上的落后会广泛的威胁国家安全。不出意料,早前HPC协会的调查促成了此事。

"我对此第一个反应是,要认识到HPC在科学与工程的极端情况中所扮演的角色和我们科技水平导致的计算极限挑战,需要一个长期的过程。现在的状况是想让HPC进一步发展,需要一个全局的规划分析,包含了算法,软件和硬件等方面,越全面越好。"威廉*格罗普,伊利诺伊大学厄本那-香槟分校并行计算学院主管及首席科学家兼《HPCwire——艾级计算》合作编辑。

“克雷科技对总统下令建立国家战略计算项目及项目焦点为规划新的HPC感到兴奋,HPC是维持我国竞争力的关键因素。” 克雷科技首席战略官巴里*博尔丁分享道:“这个总统行政令将连接起建模,模拟和数据分析计算等需求,刺激相关创新技术的发展并提高竞争力。现在我们正处于HPC和大数据开始结合并时刻改变着日常生活的时代。正因这种结合,我们目前面临的技术难题是如何为政府,学术界和工业界提供持久的服务。克雷科技认为这个总统行政令在应对全球竞争中向前迈出了一大步。” 

“对行政机关努力维持美国在先进计算上的技术优势,IBM表示赞同,” IBM高性能计算市场部副总裁戴夫*图雷克对此评价:“这种努力是至关重要的,不单是帮助国家能够在全球创新赛跑中保持竞争力,还为我们的研究者和科学家提供了强大的工具去解锁新的发现。”

“NSCI对研究团队和HPC工业都是极好的消息,” 英伟达加速计算部副总裁伊恩*巴克说道,“想达到艾级计算,新技术除了要尽可能的提高性能和降低能耗,还要满足易用性,让程序员和科学家能充分利用这些新系统去完成创新。对于英伟达,我们曾经协助过建造美国最大的HPC,参与了建造前艾级系统的珊瑚计划(CORAL)。随着NSCI的推进,我们更有信心去推动技术发展以实现艾级计算。”

“HPC已经成为一个如此有竞争力的武器,美国能源部(DOE)赞助的互联网数据中心(IDC)投资回报率(ROI)研究显示国家投资HPC能够带来极高的投资收益率,每一美元的投资能带来约500美元的税收收益。工业界中的石油和天然气,金融,汽车,航空航天,医药品和卫生保健业是从投资HPC中获利最丰厚的。” IDC项目副总裁以及HPC用户中心常务董事厄尔*约瑟夫说道。

从总统行政令的内容得知,NSCI有四个重要原则以及五个目标,如下所示:

NSCI 原则:
1.     美国必须(在军事上)有效利用和广泛应用新HPC技术于经济竞争和科学发现。
2.     美国必须促进政府部门和私人企业的合作,发挥政府,工业界和学术界各自的强项以最大化从HPC中获得的收益。
3.     美国必须采用“整体政府”方式,在HPC投资上寻求及充分利用各个合作部门与机构的专家和财政能力,并时刻和工业界学术界保持合作。
4.     美国必须发展出一套综合的科学技术方法将在HPC研发和使用中发展出的新硬件,新系统软件,新工具以及应用技术有效的转化为新产品并最终实现商业运营。


NSCI的目标
1.      加快交付一套可用的艾级计算系统,其包含完整的硬件和软件能力并且速度约是目前10PFLOP系统的100倍,足以满足政府各方面一系列的需求。
2.      加强理论建模和模拟计算与数据分析计算的联系。
3.      在接下来的15年内,建立一条可通往未来计算系统的技术路线,即便在此过程中可能触碰到目前半导体技术的极限(后摩尔定律时代)。
4.      持续增加国家HPC生态圈的整体容量和能力,以整体分析法解决相关问题,如网络技术,工作流,小型化,基础算法,软件,易用性和提高劳工素质。
5.      发展一个可持续发展的公私联合体以确保科学研究和技术发展能最大程度的惠及美国政府,工业界和学术部门。

许多NSCI目标只是重复已经在执行的由能源部和国家核安全部主导的艾级计算计划。然而这次总统行政令给予NSCI计划的参与者提供了巨大的信心保证。

三个部门将作为项目主导:能源部,国防部和国家科学基金。同样被点名参加的还有两个基础研究和开发机构——美国高级情报研究计划署和国家标准与技术研究院。五个已被确认参与的部署机构是国家航空和航天局,美国联邦调查局,国立卫生研究员,国土安全部和国家海洋和大气管理局。

NSCI执行委员会的联合主席由科学和技术政策办公室主管和行政管理和预算局局长担任,负责监督NSCI的实施。委员会将会在90天内定出计划细则用以支撑多部门多机构的联合行动,并且每年更新一次。这则短小精悍的总统行政令值得反复回味,因为其明确了许多NSCI参与者的责任和相关细节。

明显的,让如此雄心勃勃的项目能够工作起来将是一个挑战。

“最终,这个雄心勃勃的计划成功还是失败取决于美国政府的积极性和美国学术机构与工业部门在此领域的投入增长。简单的发展一套高档系统去满足某个组织机构的需求是无法接受的;项目必须带动起相关的R&D,例如提高商业HPC,确保美国能继续建造最有效率的HPC并占领世界市场。”鲍勃*索伦森说道,目前他任职于IDC的HPC研究项目副主管,在此之前他长期担任HPC高级技术分析师,服务于让美国政府的政策制定者了解全球HPC发展。

索伦森表示,项目不应该单纯的为了建造一台世界最强的高性能计算机,而是建立一个广泛的生态圈,能支撑未来美国雄心勃勃的公有或私有的科学研究并且提升美国的工业制造水平,如汽车,飞机和特殊药品。

随着技术的发展,NSCI大纲不单单涉及到传统的HPC挑战,还包括越加增多的数据密集型计算任务。白宫的新闻稿声称,在最近10年,一系列全新的HPC用于数据的收集,管理和多来源数据的分析,例如网页和科学仪器。这种“大数据”系统需要大约艾字节量级的存储。随着注重计算能力和注重数据存储的两类HPC系统融合,一种基于真实数据的模拟会带来一种影响深远的全新的分析方法。这种思路已经引起人们的注意和共鸣。

“重要的是,NSCI拥抱了这种理念,我认为这是未来计算机发展的关键之处,无论是为了科学发现,还是国家安全和经济竞争。许多用于大数据分析和科学计算的工具和技术是相似的,虽然两者的理念和社区有着巨大的鸿沟。为了两者的利益和社会的利益,我们必须让两者融为一体。NSCI将有助于实现这种设想。”丹*里德,爱荷华州大学研究和经济发展副主席和最新的ASCA快报的作者说道。

里德同样赞同多部门联合的做法:“NSCI的一个关键是跨部门联合,不同部门利用自身优势扮演不同的角色。这包括了开发和部署艾级系统,研究新的算法,软件,技术(包括后硅时代),提升劳工素质以满足奇缺的计算机专家。我同样高兴地看到国家科学基金会(NSF)被明确的提及将在艾级计算的科学研究部分扮演着关键角色。”

正如总统行政令指出,“随着政府,工业界和学术界对计算需求的迅速提升,通过持续的研究,发展和部署新的计算机系统,美国的计算机能力优势将保持60年以上”。

“想在下一个十年内最大化HPC的收益需要国家有效的提升计算机能力需求,解决技术挑战,提供有利的环境以及来自其他国家的经济发展与挑战。这种国家支持需要战略性的将联邦政府,公-私联合体紧密的结合在一起”