美国OSTP发布《2016年国家战略计算计划战略规划》

7月26日，美国白宫科技政策办公室（OSTP）发布《国家战略计算计划（NSCI）战略规划》[1]，这是继2015年7月美国总统令要求创建NSCI之后，美国在推动高性能计算（HPC）研究、开发和部署方面提出的更为详细的战略规划。在维持既定战略目标和政府机构角色的基础上，该战略规划进一步明确了美国政府机构在每一项发展目标中的具体责任（参见表1）。

能源部（DOE）、国防部（DOD）和国家科学基金会（NSF）将承担NSCI领导责任，情报高级研究计划局（IARPA）和国家标准与技术研究院（NIST）负责基础研究，而国家航空航天局（NASA）、联邦调查局（FBI）、国立卫生研究院（NIH）、国土安全部（DHS）和国家海洋与大气管理局（NOAA）则为部署机构。

表1  NSCI目标与对应责任机构

NSCI目标	对应责任机构	具体内容
加快可实际使用的百亿亿次计算系统的交付	DOE	与NSCI参与机构合作，确定一系列面向政府目标的应用，并针对每项应用制定定量的绩效评估方法 与产业界合作，确定并开发解决方案来应对技术挑战，支持各机构实现百亿亿次计算 部署下一代HPC系统，诸如橡树岭、阿贡与利弗莫尔国家实验室合作打造CORAL系统，以探索HPC面临的技术挑战，分析和应对DOE与NASA亟需解决的目标问题 领导研发下一代HPC计算方法、算法、系统软件，针对DOE目标开发可持续的应用 与DOD协调，确保针对HPC的未来技术能被适当地纳入百亿亿次系统中
DOD	合作设计先进架构并开发硬件，引领对计算方法、算法、系统软件和可持续应用的探索
NSF	确定与NSCI相关的科学与工程前沿，总结由NSCI计划激发的科学发现进展 推进计算与数据应用，促进科学与工程及相关的软件技术 推进应用与系统软件技术的根本研究，促进编程能力和再利用性，确保高可扩展性和准确度
IARPA	通过IARPA在超导、机器学习、后摩尔定律方面的研究工作，支持百亿亿次计算，努力实现计算系统性能增强100倍的目标。
NIST	打造关键使能平台，推动新颖设备架构和计算平台的开发与测试 针对未来计算技术的物理与材料特征，推进测量科学 充分利用物理学、材料设计和测量工具等，解决HPC平台中潜在的逻辑、存储与系统问题 制定针对下一代计算系统和网络的健壮性与安全性的方法、标准和指南 创建并评估量化技术，评估下一代计算系统结果的可靠度与不确定性
NASA	协同设计百亿亿次计算系统
加强建模与仿真技术与数据分析计算技术的融合	DOD	促进先进高性能数据分析能力的设计与开发，支持软件和数据科学的生态系统，增强建模仿真与数据分析计算的技术基础的融合
NSF	打造具备高互操作性、协作性和数据密集的HPC生态系统，支持NSF科学前沿，加大学术团体的参与度 推进科学与工程前沿中的计算与数据应用、软件技术等
NASA	促进模拟与数据分析计算的协同，支持NASA在地球与空间科学、航天研究和空间探索中的大数据与大计算应用
NIH	引领计算方法、算法和可持续软件应用的开发，充分利用NSCI技术并推进生物医学研究
NOAA	进一步利用大数据完成研究、建模及预测任务，为NOAA用户提供创新产品
未来15年，为未来的HPC系统甚至后摩尔时代的计算系统研发开辟一条可行的途径	NSF	探索多样化的科学难题与机遇，推进未来HPC机遇 促进新颖设备和前沿技术的利用，满足前沿科学需求 与其他机构合作，通过一系列基础研究项目实现NSCI目标
IARPA	持续引领除标准半导体计算技术外的基础研究 充分利用超导、量子、神经形态和机器学习方面的研究，有效部署数字化计算范式难以完成的应用 投资于后摩尔定律技术，支持NSCI战略目标
NIST	打造关键使能平台，推动新颖设备架构和计算平台的开发与测试 针对未来计算技术的物理与材料特征，推进测量科学 充分利用物理学、材料设计和测量工具等，解决HPC平台中潜在的逻辑、存储与系统问题 通过测量科学来支持可替代的计算范式 持续评估技术通道、工具和测量科学，以支持非传统的计算范式并解决经典问题 创建和评估测量技术，评估未来计算系统结果的可靠度和不确定性
NASA	参与后摩尔定律研究，研究量子计算、纳米技术和其他相关技术
实施整体方案，综合考虑联网技术、工作流、向下扩展、基础算法与软件、可访问性、劳动力发展等诸多因素的影响，提升可持续国家HPC生态系统的能力	DOE	最大化地利用百亿亿次级计算系统
DOD	NSCI计算环境使得DOD采购人员能解决科学与技术问题，满足任务需求
NSF	支持广大用户团体的基础HPC培训，支持计算与数据科学家的职业生涯发展 加强产业界与学术界的参与度 支持广泛部署NSCI技术，提升HPC生态系统的容量与能力 引领国内外合作，推动计算科学与工程的变革发展
NASA	参与跨机构项目，协调优化国家HPC基础设施，在协作计算、大规模数据分析与可视化环境、大规模观测数据设施和健壮的全国网络中融入NASA的经验
NIH	参与跨机构项目，协作开发NSCI技术和算法，引领计算方法、算法和可持续软件应用的研发
NOAA	与DOE、NSF合作以升级HPC系统，持续投资软件工程，提升数值模型的性能和可移植性，以更好地完成天气预报、气候研究和海岸研究等
创建可持续的公私合作关系	NSF	产业创新与合作伙伴部将通过小企业创新研究（SBIR）、小企业技术转移项目（STTR）、产业/高校合作研究中心、创新合作伙伴等推进产业创新和产学合作

（田倩飞）

---

[1] National Strategic Computing Initiative Strategic Plan.

来源：《科技前沿快报》,2016年第10期,总28期。

美国总统奥巴马于2015年7月首次推出“国家战略计算计划”(NSCI），旨在推动高性能计算（HPC）研究、开发和部署并实现效益最大化。目标是在2025年以前建造世界上速度最快的高性能计算机，据称其每秒计算峰值高达百亿亿次（exascale）；奥巴马在行政令中要求，“国家战略计算计划”要在90天内开始执行，至少在未来5年保持升级，比目前领先的高性能计算机计算速度快30倍左右，以确保未来数十年美国在超级计算系统开发方面的领导地位。

　　该计划将组织和协调国防部、能源部和国家科学基金会三大联邦机构，高级情报研究计划署（IARPA）、美国国家标准与技术研究所两大基础研发部门，与大型企业和大学联合研究、开发超级计算机，在几年内建成运算速度达每秒100亿亿次的超级计算机，开启超级计算机的exaflop时代。

　　高性能计算机也称为“超级计算机”，是一个国家科技竞争力的象征。在exaflop时代开启前，“绿色计算”时代已先行到来，计算机处理器在能耗方面已经变得更加高效，研究人员正在研究如何使新建超级计算机每年的能耗减少到50甚至20兆瓦。美国目前正在开发的超级计算机“Summit”，其耗能仅比当前全球运算速度第二快的超级计算机“泰坦”多10%，但其运算能力却是“泰坦”的5～10倍。“国家战略计算计划”力图找到未来计算机发展的顶尖技术，为突破摩尔定律后的高性能计算机研发探索新的规律。除了大大提高运算速度，新一代高性能计算机还注重全面提高硬件和加强数据处理能力。

随着超级计算机性能的提高，其应用更加广泛、工作效率更高。比如，自20世纪70年代以来，计算流体动力运用与飞机设计，大大减少了风洞和飞行测试成本。现在的高性能计算机只能模拟单个机翼在特定条件下的飞行状态，而美国航空航天局的研究显示，下一代高性能计算机可以真实模拟飞机双翼在遇到气流等动态情况下的飞行状态。

目前，高性能计算机已经在天气预报、基因测试、药物研发等各方面有着广泛应用。白宫科技政策办公室科技与创新副主管汤姆·卡利尔和国家经济委员会副主任詹森·米勒表示，高性能计算机与大数据的结合能够提高计算机的分析能力，使计算机模拟更接近实际状态，随着互联网发展进入大数据时代，对高性能计算机的需求会进一步增加。

美国能源部、国防部和美国国家科学基金会将领导下一代超级计算机的研发。美国航空航天局、联邦调查局、卫生部、国土安全部、国家海洋和大气局等也会参与设计，并根据各自需求提出特殊设计要求，深度介入操作系统、软件等的早期设计，推动高性能计算机将成为一些政府关键部门的重要资源，在一定程度上使高性能计算机的应用前景得到保证。

美国的高性能计算机技术领先，在高性能计算机十强名单中，有5个在美国。在500强名单中，美国的数量也是最多，美国还是高性能计算机运用最广泛的国家之一。但近年来，其他国家超算技术也在快速发展，中国“天河二号”连年名列速度最快的榜首。

为赶超中国，美国政府2014年11月宣布投资3.25亿美元建造两台比“天河二号”快3到5倍的超级计算机，今年4月9日又宣布投资2亿美元再建造一台超级计算机。今年初，美国限制向中国的超算中心等4家机构出口英特尔至强处理器。

有专家指出，美国要研发的百亿亿次级的超级计算机能耗更高，其耗能目标可达6000万瓦，将是目前的几十倍，可能需要一个电站来保障运行。美国《连线》杂志分析，美国要达到目标，不仅仅要找到能耗效率很高的计算机部件及设计方法，还要有与之匹配的软件，困难不小。

时隔一年，美国NSCI执行委员会于2016年7月发布《国家战略计算计划战略规划》报告，在维持既定战略发展目标和政府机构角色的基础上，进一步明确了各政府机构在每一项发展目标中的具体责任。

   “战略与政策论坛”聚焦创新发展战略与政策，推送分享“战略与政策”相关研究成果和动态信息，交流探讨国家创新战略与政策研究！

   您可以点击右上角，分享给朋友，也可以添加公众号“StrategyPolicyForum”关注，或长按、扫描识别上方二维码加以关注。

   谢谢您的关注和支持！欢迎赐稿：Email:[e-mail]!