超級計算機：現代傳播與未來傳播的引擎動力

廖湘科

超級計算機(以下簡稱“超算”)，是具有超強計算能力的計算機，能夠執行個人電腦無法處理的大資料量與高速運算，是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類。超算多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是體現國家科技發展水平和綜合國力的重要標志，被譽為計算機中的“珠穆朗瑪峰”。[1]

超算的研制水平長久以來一直被當作一個國家綜合國力及其創新能力的象征，制造強大的超算，已被視為衡量一國科研實力的重要指標。超算在軍事、經濟、航天、核能、醫學等領域，包括核爆試驗和航天飛行器飛行試驗的模擬計算、制定國民經濟的發展計劃、生命科學基因分析、大氣運動和天氣變化的預測等方面都發揮著無可替代的巨大作用，具有舉足輕重的意義。對現代國家來說，超算是增強研發能力和工業競爭力的不可或缺的一環，日益成為現代社會的運行的基本支柱，是氣象傳播、星空傳播(飛船傳播)、智能傳播、未來網絡傳播等現代傳播和未來傳播的強力引擎。

一、 超算的“國家級”戰略地位

一言以蔽之，超級計算機目前主要是用來完成國家科研、工程項目中繁重的計算任務的，從本質上來說是一個大規模的計算工具。

從技術角度簡要而言，家用電腦一般只有一顆CPU(GPU),每顆CPU內通常只有2—8個物理核心。而一般的超算有成千上萬顆CPU，每顆CPU內通常有幾十個物理核心，這么大數量的CPU是為了通過并行計算，完成繁重的計算任務的。舉例來說，在航天飛行器制造領域，需要經常計算飛行器附近空氣的流動數據，以及飛行器本身的受力情況。最常用的計算方法是，把空氣和機體分割成若干個小塊，分別計算每個小塊的運動和受力數據，再整合起來得到整體的運動和受力情況。一般來說，分割得越精細，每個小塊越小，計算越準確。但魚與熊掌不可兼得，分割得越精細，計算量也越大。假如要把一個1立方米的立方體分成1立方毫米的小方塊，那么就要對10億個小方塊進行計算。如果用單個CPU核心，需要連續做10億次運算，做完整個過程的運算可能要花上一整天。而如果有10個CPU核心，那就可以把這10億個方塊分成10份，每個CPU核心只要計算1億個方塊，然后把得到的結果整合起來就行。這樣大約能快上10倍，兩個小時就能算完了。

在各大國的科研和工程領域，有數不勝數的類似這樣的計算任務，例如，原子基本性質的量子力學計算、藥物反應過程的分子動力學模擬、黑洞碰撞的相對論模擬、橋梁設計中的受力計算等。這些復雜的問題，如果用單個CPU核心計算，可能要花上幾個月甚至是幾年的時間才能得到結果。毫無疑問,這么長的計算時間是難以接受的，所以人類需要用多個CPU核心進行并行計算以提高效率，集成大量CPU于一身的超級計算機就“應需而生”了。

超算的核心價值在于從基礎科學、材料、生物醫藥、金融、航天、軍事，甚至未來的宇宙理論與太空探勘發展，幾乎所有“高精尖”領域乃至許多普通行業都需要“高性能計算”的支持。通過國家力量的投入，超算已形成未來推動人類社會進步與發展的強勁利器。

有經濟實力和科技研發實力作支撐的各大國，自然早就意識到超算蘊含的巨大價值。超級計算機的競爭背后，是各大國基礎科學發展的擘劃，超算的研發成為推動人類社會發展的重要動力之一。

二、超算的“顛覆性”影響

除了軍事和科技用途，超算也可成為支撐生產資源分配，提升經濟發展效率，改善國民生活質量的重要一環。當前，由于超算的算力對于人類社會的影響越來越深，擁有足夠強大的算力，對整體社會的發展脈絡更能有效控制，讓國家能夠更有效率地管理與發展，讓人民生活更加幸福。

(一)支撐移動快捷支付全覆蓋

經濟發展對金融服務的要求就是“快”和“準”，比如國民普遍使用的移動掃碼支付，要求顧客付款后，金額要在很短的時間內到賬或記賬，且不能出錯，這種情況下，如果沒有超算的支撐是不可能實現的。

近年來我國能后來居上，成為移動支付第一大國，超算在背后發揮著巨大作用。目前，眾多實體店，包括超市、餐廳、便利店、咖啡店等在技術上，早已實現無排隊結賬，甚至如2017年7月阿里巴巴公司落戶杭州的無人超市“淘咖啡”，顧客只需帶上移動終端設備——手機，進店選商品，手機支付，拿貨走人，全程無需任何管理人員或店員在場。移動快捷支付體系的發達帶動了用戶市場的迅速拓展，極大提升了國民經濟與生活的效率。

(二)實現交通運輸網絡化

一方面，覆蓋我們全國的鐵路、公路、航空、船運交通網絡，對其運力的監測、調度和分配，都必須依靠超算的強大算力才能實現。另一方面，超算還可用來研究和改進汽車、飛機或輪船等交通工具的空氣流體動力學、燃料消耗、結構設計、防撞性，幫助提高乘坐者舒適度、減少噪音等，所有這些都具有潛在的經濟和安全收益。[2]

并且，當需要做精細化的高鐵模型進行仿真試驗，研究鐵路軌道結構、地基，臨近建筑物的響應等的時候，也需要借助超算來完成。另外，傳統交通運輸系統向智能交通系統轉化過渡的速度正在加快，不僅是高鐵動車、家用汽車、貨運卡車，甚至飛機、輪船都有可能實現無人駕駛，在不遠的未來，當無人駕駛成為社會普遍需求時，其所需要借助的龐大算力，更離不開強大的超算的支持。

(三)實現生產力與生產安全社會化

當一國的所有資源稟賦(包括人力)、需求、供給都可以被精確計算，并用適當冗余覆蓋的時候，國家將會爆發出極為驚人的巨大生產力，唯有超算能夠滿足這樣的要求。通過超算的模擬，國家可以制定相對最合理適配的經濟政策與制度，并及時根據超算對市場供需的計算，對宏觀生產做出調控與指導。面對金融體系的科技化、網絡化以及區塊鏈化趨勢，我們也需要超算龐大的算力在背后推動。雖然目前通過超算還難以預測經濟走勢，但超算已可以為我國經濟的持續、快速發展提供保障。

三、超算的引擎動力

在大數據和移動互聯網發展迅猛的當今時代，現代傳媒行業的傳播技術、傳播手段、傳播渠道等傳播體系也發生了本質性的改變，而超算則是未來超級傳播的引擎動力。篩選過載的信息資源中的價值點，利用廣度和深度的選題研判支持媒體決策，在海量資源中通過提供知識服務來輔助媒體創作更有價值的原創內容，量化傳播數據以實現內容播發全流程閉環，幫助媒體重建與用戶之間的關系連接，讓內容創作與用戶個性化需求之間建立匹配等，都可以直接或者間接地依靠超算來推動。

互聯網之父蒂姆·伯納斯·李爵士曾預測：“新聞的未來，是分析數據。”從前我們生產新聞，未來我們生產數據以及提供相關數據服務。媒體行業一直在說“內容為王”，但如今更需要對海量內容進行分析、挖掘、關聯和個性化投放的能力，且不能局限在新聞的傳播，傳播內容的形態、內涵和外延都在發生深刻、劇烈的變化，用戶和用戶行為是內容的重要組成部分。因此，信息智能匹配將是超算、大數據和傳媒業三方融合的精髓，以此實現內容生產傳播與用戶個性化需求之間的智能匹配。

未來，搭載超算的智能傳播平臺是媒體轉型探索的重要實踐組成，也是媒體融合的技術驅動平臺?；诔愫痛髷祿闹悄軅鞑テ脚_的建設，將帶動傳統媒體與新媒體融合發展、互聯網媒體服務行業等一批戰略性現代服務產業同步發展。平臺通過創新體制機制，以大數據為要素、發揮信息技術助推器的作用，推動媒體全方位地做大、做強，形成探索現代服務業快速發展的新抓手，積極推動了傳統媒體與新興媒體在內容、渠道、平臺、經營、管理等方面的深度融合，拓展傳播渠道與影響力。[3]

(一)超算推動智能傳播發展

超算能夠深度推進時下風頭正勁的人工智能改革。對人們而言，想要分辨一只貓、一條狗，只需要用短短一兩秒鐘看上一眼即可。但同樣的要求過去對機器來說，往往需要耗費大量時間。由于計算機本身是無法理解圖像、聲音這些數據信息的，所以，如果想讓機器變聰明，就要將實際問題先轉化為數學問題，即數學建模和求解。在這一過程中，科學家和計算機工程師將任務分解成多個抽象層次去處理，不同的層次間又相互疊加，即本層的輸出是高一層的輸入，同時還要完成層與層之間的監督和調度，這種海量信息處理如果沒有超算的協助，是不可能完成的。隨著人工智能技術的飛速發展，超算與人工智能的結合將是全方位的。

例如，智能交通傳播方面，預計無人駕駛汽車將于2020年在中美等大國被廣泛使用。2017年10月，美國的英偉達公司推出了專門針對Level5無人駕駛的超算Pegasus(神馬)，Pegasus每秒可完成320萬億次浮點計算，功耗為500瓦。這臺超算雖只有車牌大小，但其AI性能可以抵得上100臺數據服務器，也可以對比人腦的計算能力，英偉達公司由此成為首個提供完整Level4/Level5自動駕駛堆棧的廠商。同時，谷歌、特斯拉、百度、英特爾、高通等業界領先的廠商也在抓緊研制針對更高等級無人駕駛的超算。

國家的政府部門將來可能會依賴于人工智能技術來探測和預測犯罪。后臺搭載超算的無人機將能自動處理錄像，使快速發現異常行為成為可能，通過預測犯罪時間和犯罪地點，來讓執法部門在最合適的時間迅速采取行動，同時也可以監控可能存在的警察暴力執法或其它不當行為。無人機與超算的結合，將使維護公共安全的智能系統更加完善。

對于智能機器人傳播而言，預計在未來的15年里，不論是在家用還是服務業中，機器人將變得更加普及，機器人可以運送包裹，也可以打掃辦公室或做家庭清潔工作等。移動芯片制造商已在嘗試將超算的算力壓縮到機器人芯片上，這無疑將極大提升機器人的計算能力，從而帶動機器人學習和感知能力的發展，加速機器人與人類的互動。如今還屬于實驗室的機器人手臂，到2025年左右很可能將演變成電子設備消費品。

(二)超算支撐物聯網傳播實現

物聯網是人與物、物與物的連接。物聯網的本質還是互聯網，只不過終端不再是計算機(PC、服務器)，而是嵌入式計算機系統及其配套的傳感器。這是計算機科技發展的必然結果，為人類服務的計算機已呈現出各種形態，如穿戴設備、家庭環境監控設備、虛擬現實裝備、空氣凈化器產品等。只要有硬件或產品連網上，發生數據交互，就稱為物聯網?？偠灾?，物聯網的核心一是傳感器，二是物聯網連接的網絡技術，三是應用。但就物聯網的發展來說，最終還是要通過計算將其變成可用的信息，因而可以說物聯網是由傳感器、網絡、計算能力組成的基于互聯網的無數種應用。

傳感器可以被安置在太空、海洋、沙漠、森林、城市等全球任何角落，形成互聯網虛擬感覺系統，這些傳感器能夠源源不斷地向互聯網虛擬的大腦中樞傳送世界各個方面的“神經信號”和感覺信息，[4]把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、公路、橋梁、隧道、供水系統、大壩、油氣管道、建筑物等設施中去，并將其普遍連接、形成一張物聯網，[5]而要將這樣巨大的“物聯網”與互聯網整合起來，必須通過超算強大的數據處理能力才能實現?？梢哉f，物聯網想要突破技術上的瓶頸，迎來類似當初互聯網那樣的爆發式發展，借助超算對海量信息的計算能力是必不可少的，超算可以真正使物理系統與人類社會整合起來，使物聯網能夠面向大眾，服務大眾市場，解決當前的需求性問題。而這將有可能是又一場人類的信息技術革命。

(三)超算推動氣象傳播、安全傳播變革

借助超算預測氣候變化，可以減輕氣候變化給國民帶來的風險。超算可以用于模擬空氣、水質污染，模擬地震等自然災害，極大地提升氣象傳播的準確率、預測時長，對氣象傳播產生革命性的變革。目前對于火山、地震、海嘯等強災害性氣象預測，世界尚未形成有效的模型。其根本在于數據收集、模型建立、模型訓練等環節的基礎數據與計算環節。隨著超級計算的發展、氣象數據的積累，氣象傳播的時效性、準確性都將極大地提升。此外，針對本地和國家基礎設施進行的恐怖主義活動，甚至可以對大量人口的行為進行模擬，國家和政府可以通過這種模擬試驗，監控和預防污染和災難，并針對恐怖主義及犯罪活動采取更完備的應對措施，以此最大程度地保障居民人身與財產安全，減少國家經濟損失。

(四)超算實現宇宙傳播創新

未來的世界是大宇宙化發展的世界，人類探索的視野和步伐必將從地球邁向太陽系、銀河系，乃至整個宇宙。而在宇宙探索中，通信傳播的基礎更是要依靠超級計算機。通過中心化的超級計算機系統，各個宇宙航天器和探索裝置可以與地球實現直接傳播；通過分布式超級計算機，各個宇宙航天器之間可以直接相互定位發送量子信號，在宇宙間實現量子化的宇宙傳播。宇宙傳播必將打破時間、空間的壁壘，將宇宙各處的信息收集匯總，進行分析，為人類保護地球、邁向宇宙、開發其他星球奠定超級計算和傳播技術的基礎。

四、中國引領世界超算的未來發展

20世紀60年代，我國的航天科技人員為第一顆人造衛星早日上天而日夜奮戰時，重要的任務之一就是計算衛星在太空中運行的軌道。當時所能使用的還是功能和效率都十分落后、需要手工操作的半自動手搖式計算機，計算員們24小時不間斷地，像工廠里的工人一樣“三班倒”，才終于算出了“東方紅一號”的軌道數據。當計算任務實在緊迫時，甚至動用了算盤。如今面對航天任務中龐大的計算量，航天科技工作者們不再發愁，因為他們已經可以動用運算速度在世界數一數二的超級計算機。倘若我們的計算技術還停留在手工計算的那個年代，這將是一個不可能完成的任務，即便動員全國人民一起幫航天部門計算，每人每秒完成一次運算，計算任務要求在1秒內完成的運算量，也足夠全國人民算上兩三個月。以往“土法煉鋼”，或分頭進擊的方式已無效率可言。

我國真正開始發展超算是在約十年前，雖然起步較晚，但發展速度極為迅速。我國超算的研發最初是吸收外國技術，之后逐步產生自身的技術。在超級計算機界，每隔一段時間就要篩選出全球計算能力最強的500臺超算，發布到一個被稱為TOP500的排行榜中。2001年前，TOP500中沒有一臺中國超算，僅僅9年之后，部署在天津的“天河一號A”超算以0.2566億億次/秒的實測浮點運算能力奪得TOP500第一的寶座。2013年，部署在廣州的“天河二號”以3.386億億次/秒的實測浮點性能，讓我國的超算重回世界第一的位置。直到今年6月25日，美國超算Summit(頂點)以峰值計算性能每秒20億億次(200 PFlops)的速度， 超越去年蟬聯世界第一、 峰值性能為每秒12.5億億次的我國“神威·太湖之光”超算，成功問鼎全球運算性能最強大、最智能的科研超級計算機，奪回了世界第一，而此前我國的超算已連續占據TOP500榜單冠亞軍位置達5年之久。《紐約時報》用一個直觀的標題這樣展示Summit的超級運算能力：你需要63億年才能完成這部超算一秒鐘就可以做的事。

但新出爐的榜單突顯出中國建造超級計算機的速度遠超美國。榜單顯示，中國政府及企業建造的超級計算機占41.2%，較去年底的比重增加了 0.8%，制造速度超越美國，美國則是再度衰退，僅剩 24.8%。這意味著，500臺超級計算機中，中國企業和政府制造的超級計算機占206臺，成為最高產的超級計算機制造國。上榜的超級計算機中124臺由美國企業和政府設計與制造。

為加快布局下一代超算，我國將E級超算寫入了“十三五”規劃。今年7月22日，我國“天河三號”成為全球首個通過課題驗收的E級超算的原型機，8月5日，“神威”E級超算原型機成為全球第二個成功完成技術研發的E級計算機。“天河三號”目前已處于工程化制造階段，預計在2020年和“神威”E級超算同時完工。[1]“天河三號”和“神威”E級超算的運算速度預計將超過百億億次，這就意味著，美國超算最多只能在世界第一的寶座占據兩年，就會再次被中國新一代超算以10倍于美國Summit的速度趕超。

且不論超算的民用與商用地位，只從國家層面看，當下各國的戰略性武器研究已進入超高音速、復雜彈道的階段，中美等大國紛紛投入龐大預算，研制最先進、最尖端的戰斗機和無人機，這些戰略性武器的設計難度更大，算法極為復雜。同時，各國由于條件所限，都不可能對此通過海量測試，進行數據收集和分析，因而這些大量的試驗需要通過超算來模擬分析和修正。

我國在軍事領域之所以能夠快速分析海量的偵察衛星圖片信息，模擬核武器的爆炸，分析復雜的風洞數據，且短時間內在戰斗機的氣動設計、超高音速飛行器的研發以及乘波體飛行器的設計等方面企及并趕超世界一流軍事水平，是和我國擁有全球頂尖的超算密不可分的。

可以說，國際競爭格局中，哪個國家的超算更新型、更強大，在未來軍事的發展上就越容易占得先機，且超算可以使戰略性武器的研發周期進一步縮短。從當前情況看，中國在這種國際競爭中是具備一定優勢的。

TOP500發起人、橡樹嶺國家實驗室及田納西大學Jack Dongarra教授在江西南昌舉辦的ASC會議期間說：“不是我們要造下一代計算機，而是科學家提出了更困難的挑戰，更難的問題(需要這樣的計算機)，E級的計算機只是我們發展中間跨越的一個障礙物，以后還會有更高量級的計算機出現?！痹趥鹘y的超算領域取得巨大收獲的同時，我國已逐步在戰略規劃上傾向量子計算機，后者的運算能力是現有的超算無法比擬的。2017年5月3日，中國科學院對外舉行新聞發布會，宣布世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機誕生。這標志著我國已經布局量子計算機領域，而美國政府似乎仍在糾結20億億次的運算速度。我國超算更為重要長遠的任務，也許是整條生態鏈和產業鏈的建設。業內人士認為，單純從超算而言，無論是硬件系統，還是部分領域的軟件應用，中國都已有與美日比肩的突破性成果。但要能夠對超算背后的諸多產業都能形成一個正面的反饋，還需較長時間。例如，基于超算的天氣及氣候預測、工業設計和仿真、新材料的制備、新藥研發等，任何一個行業與超算硬件及軟件的融合，都能產生巨大的產業提升。[6]