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原型机作为E级计算机的预研项目，是实现E级计算的坚实技术保障。我国对E级计算机的研制目标就是，在这个“超级大脑”里，神经元、神经网络和脑功能分区与实现都要自主设计和自主实现。
日前，由国防科技大学牵头研制的“天河三号E级原型机系统”顺利通过了科技部高技术中心组织的分项课题验收，并将随着其在国家超级计算天津中心的部署，逐步进入开放应用阶段。
就在“天河三号”E级（浮点运算速度达每秒百亿亿次）原型机通过验收的前几天，由国家并行计算机工程技术中心牵头研制的“神威E级”原型机，已经运抵国家超级计算济南中心开始安装。至此，除了由中科曙光牵头研制的E级超算原型机还未披露最新进展之外，我国科技部于2016年启动的E级计算机研制计划第一阶段的任务已如期取得成效。接下来就将进入E级超级计算机的具体研制阶段。
“天河三号”原型机最大的特点，就是在多个关键环节采用了自主技术产品和设计。
据国家超级计算天津中心主任刘光明介绍，“天河三号E级原型机系统”有四大自主创新，其中包括采用国产加速器和高速通信等芯片、实现运行环境的硬件分系统和软件分系统的自主设计等。目前，“天河二号”2期系统中已装配了国产主处理器和加速器、互连通信路由芯片和互连接口芯片，摆脱了在核心芯片上对国外产品的依赖。未来，“天河三号”超级计算机还将对这四类芯片进行全面升级。
原型机作为E级计算机的预研项目，是实现E级计算的坚实技术保障。“未来E级超级计算机将突出全部采用自主技术进行研制的自主创新特点，从CPU、加速器和高速通信三大类芯片，到操作系统，再到运行计算环境等完全自主。” 国家超算天津中心研发部部长孟祥飞曾在接受《中国科学报》采访时表示，我国对E级计算机的研制目标就是，在这个“超级大脑”里，神经元、神经网络和脑功能分区与实现都要自主设计和自主实现。
而由于“神威太湖之光”计算机系统已经实现自主可控的目标，“神威系列在E级计算机系统研制方案上将继续沿用太湖之光先进的体系结构，并将在处理器芯片的计算能力和性能功耗比等方面做一些重点突破”。国家超级计算无锡中心主任、清华大学教授杨广文介绍说，用于神威E级计算机的处理器计算能力将达到每秒5T~10TFlops双精度浮点计算性能，能效比将达到每瓦10~20GFlops，并且要实现10万节点以上的系统规模。
至于“曙光E级”，据中国工程院院士李国杰此前向本报记者透露的信息，曙光公司已通过控股子公司成都海光集成电路设计公司从美国超威半导体公司（AMD）获得了X86架构高性能处理器相关授权，这将大大助力其在E级计算机研制中的自主设计水平。
作为超算领域的下一个里程碑，E级计算机是各国竞逐的焦点。根据各国相应的研制计划，预计在2020年前后，中国、美国、日本、欧洲都存在率先取得占领E级超算制高点的可能性。
特别是作为超算第一强国的美国，该国能源部橡树岭国家实验室的超算设备已经升级至187PFlops，另有两套超算系统或于年内升级至同等水平。考虑到实现E级超算要面对功耗墙、存储墙、可编程墙、可靠性墙等重大挑战，从这个水平到E级显然更稳健。同时，美国不只能源部有超算研发投入，美国国家科学基金会和美国陆军研究实验室等单位也部署有中长远期的超算系统的研发计划。
美国田纳西大学计算机科学家、全球超算Top500榜单的主要编撰人杰克唐加拉告诉《中国科学报》记者，美国超算项目的优势不仅体现在硬件功能，更体现在开发运用高性能计算对现实世界的科学和工业应用软件的能力。“美国科学家可以用能源部超级计算机的能力，来提高太阳能电池的性能、设计制作电池的新材料、模拟冰盖的融化、帮助生物燃料作物优化土地用途、模拟超新星爆炸、开发出近零摩擦的润滑剂和提升对癌症的激光辐射治疗效果以及其他无数应用。”
此外，美国的产业界也已经利用美国能源部的超级计算能力的“虚拟样机”削减开发成本并缩短产品上市时间。杰克唐加拉举例说，波音飞机公司已经使用橡树岭国家实验室的超算设施来研究提高“梦想客机”的反推安全性，普惠公司利用阿贡国家实验室的超算设备提高发动机的燃油效率。
我国科技部在设立“国家十三五高性能计算专项课题”时，也明确提出除了要“依托自主可控技术，研制适应重大应用需求的E级高性能计算机系统”外， 更注重应用。“同时研发一批关键领域/行业的高性能计算应用软件，构建高性能计算机应用生态环境。”这在三家原型机研制单位中已形成共识。
“目前我们除了个别领域有一些有代表性的软件外，大部分行业里面的超算开源软件、工程商业软件都由国外控制。我们要结合自主超级计算平台，重点培育和支持科学研究、工程计算、大数据分析处理等领域的自主高性能软件创新。”孟祥飞告诉记者，E级计算机项目的研制，在实现信息技术创新的同时，要进一步加强应用创新，特别是面向重点领域（如石油勘探、生物医药、基因、材料、气象与气候、海洋、天文、空气动力学等）的高性能计算软件研发。
曙光公司副总裁沙超群也表示，现在我们的计算能力已经具有世界领先水平，但是超算能力的发挥需要高效的行业应用软件的全面支撑。为避免E级超算出现曲高和寡的局面，曙光依托于X86处理器的优势，将在E级计算机的研制中，致力于对云计算、大数据、人工智能等应用的支持，使其在我国科学研究和经济与社会发展中发挥更重要作用。
从最新发布的全球超算Top500的榜单上来看，我国上榜的超算系统多部署在互联网企业和一些大型国有企业，高校、院所等研究机构的部署相比美国少之又少。这从侧面反映出，我们的超算尚未实现“好钢用到刀刃上”。
“我国的超级计算机应用和国外相比仍有不小的差距，如何将制好优势转化为用好优势，在解决国防与科学重大需求的同时带动产业创新与发展，是超算中心今后的核心任务。”杨广文表示，未来E级计算机除延续天河系列超级计算机的应用领域外，还要在大数据、脑科学、材料、基因组等领域开展应用尝试，充分发挥E级计算机在国家科技创新与产业发展中不可替代的作用。