美國專(zhuān)家：“芯片法案”只是讓美國保持對華科技優(yōu)勢的第一步

  ICC訊  曾經(jīng)，美國早期的技術(shù)實(shí)力超越各國，為其國內企業(yè)培養了競爭優(yōu)勢。然而，30年后的今天，美國在先進(jìn)計算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位正在持續衰退。到底發(fā)生了什么?

  麻省理工學(xué)院的一位研究人員和他的兩位同事發(fā)布的一份新報告揭示了美國領(lǐng)導力下降的原因。對此，科學(xué)家們著(zhù)眼于高級計算機語(yǔ)言衡量標準展開(kāi)研究：整體能力、超級計算機、應用算法和半導體制造。經(jīng)過(guò)分析，他們發(fā)現，不僅中國縮小了與美國在計算能力方面的差距，而且近80%的美國領(lǐng)導人認為，他們的競爭對手中國正在以更快的速度提高計算能力。該團隊表明，這意味著(zhù)中國“對美國競爭力有巨大威脅”。

  為了深入研究這場(chǎng)爭論，科學(xué)家們對先進(jìn)計算機用戶(hù)展開(kāi)調查，對120個(gè)頂級組織抽樣，包括大學(xué)、國家實(shí)驗室、聯(lián)邦機構和工業(yè)。該團隊估計，這個(gè)群體包括美國所有最重要的計算機用戶(hù)的三分之一或一半。

  麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)與人工智能實(shí)驗室(CSAIL)未來(lái)技術(shù)研究項目(Future Tech Research Project)主任尼爾·湯普森(Neil Thompson)說(shuō)：“先進(jìn)的計算機技術(shù)對于美國公司的科學(xué)進(jìn)步、經(jīng)濟增長(cháng)和競爭力至關(guān)重要?！?

  湯普森還是麻省理工學(xué)院數字經(jīng)濟倡議組織(MIT’s Initiative on Digital Economy)的主要調查員，他與競爭力委員會(huì )(Council on Competitiveness)的執行副總裁、董事會(huì )秘書(shū)兼財務(wù)主管查德·埃文斯(Chad Evans)，以及丹尼爾·阿姆布魯斯特(Daniel Armbrust)共同撰寫(xiě)了這篇論文，后者是硅催化劑公司(Silicon Catalyst)的聯(lián)合創(chuàng )始人、初始首席執行官兼董事會(huì )成員，以及制定了行業(yè)路線(xiàn)圖的半導體聯(lián)盟(SEMATECH)的前主席。

  超級計算機是一間房間大小的“巨型計算器”，目前貌似已經(jīng)不再是由美國主導的行業(yè)。到2015年，大約一半最強大的計算機穩穩地坐落在美國，而中國則是在一個(gè)非常緩慢的基礎上慢慢發(fā)展的。但在過(guò)去的六年里，中國迅速趕上了美國，幾乎與美國平起平坐。

  這個(gè)消失的領(lǐng)先優(yōu)勢十分重要。84%的美國受訪(fǎng)者表示，他們在運行基本程序時(shí)受到計算能力的限制。湯普森說(shuō)：“考慮到我們受訪(fǎng)者都是美國研究企業(yè)和學(xué)術(shù)機構的先鋒，他們享有獲得先進(jìn)國家超級計算資源的特權。這個(gè)結果很能說(shuō)明問(wèn)題”。

  在先進(jìn)算法領(lǐng)域，美國歷來(lái)占據領(lǐng)先地位，三分之二重大改進(jìn)都是由美國發(fā)明家主導的。但近幾十年來(lái)，美國在算法領(lǐng)域的主導地位一直依賴(lài)于引進(jìn)的外國人才。研究人員表示，目前這種情況并不樂(lè )觀(guān)。自2007年以來(lái)，中國在STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數學(xué))領(lǐng)域培養的博士數量已經(jīng)超過(guò)了美國等許多國家。一份報告預測，在不久的將來(lái)(2025年)，中國的博士數量將是美國的兩倍。從“戈登貝爾獎”(Gordon Bell Prize)中也可以看出中國在算法領(lǐng)域的崛起，該獎項是為了獎勵利用超級計算機實(shí)現杰出成果的科學(xué)家。美國的獲獎?wù)邭v來(lái)在該獎項種占主導，但是在過(guò)去的五年中，中國的表現已經(jīng)趕上甚至超過(guò)美國了。

  研究人員指出，“2022年芯片與科學(xué)法案”是成功重回先進(jìn)計算領(lǐng)先位置的關(guān)鍵一步，他們也向美國科學(xué)技術(shù)政策辦公室(U.S. Office of Science and Technology Policy)提出了建議。

  首先，他們建議推動(dòng)美國超級計算大眾化。建立更多的中間層系統，幫助用戶(hù)突破邊界，同時(shí)建立工具，減少用戶(hù)在擴大計算機規模時(shí)前期的資源投資。其次，資助更多電子工程師和計算機科學(xué)家，發(fā)放長(cháng)期居留美國獎勵和學(xué)術(shù)獎學(xué)金，來(lái)擴大創(chuàng )新人才庫。最后，除了這個(gè)新的框架，科學(xué)家們敦促利用現存優(yōu)勢，通過(guò)學(xué)術(shù)界和國家實(shí)驗室超級計算機站點(diǎn)為私企提供高性能計算實(shí)驗的機會(huì )。

  計算能力的提高取決于晶體管密度和性能的不斷進(jìn)步，但是創(chuàng )造出強大的新芯片則需要設計和制造的完美融合。

  事實(shí)上，在過(guò)去的五十年里，美國設計了大部分芯片。但這種情況在過(guò)去六年中發(fā)生了變化，這一成功主要有賴(lài)于與全球領(lǐng)先的芯片設計公司的合作，這種合作始于21世紀?，F在，中國有14家公司躋身于世界50強無(wú)晶圓廠(chǎng)設計者之列。十年前，還只有一家。

  半導體制造業(yè)的競爭更加復雜，美國主導的國際政策和內部執行問(wèn)題減緩了中國的崛起。目前，中國在半導體供應鏈的12個(gè)環(huán)節中只有兩個(gè)基本持平或處在比美國更好的水平。根據美國政府的政策和投資，該團隊預計在10年內這個(gè)數字將飆升到七。因此，就目前而言，美國在硬件制造領(lǐng)域仍處于領(lǐng)先地位，但優(yōu)勢不大。

  科學(xué)家們建議白宮科技政策辦公室與美國國防部、美國能源部和國家科學(xué)基金會(huì )等重要國家機構展開(kāi)合作，確定計劃來(lái)建立重要計算模式和工作負載所需的硬軟件系統?！?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e7%be%8e%e5%9b%bd&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">美國企業(yè)能夠從速度更快的計算機中獲益，這一點(diǎn)至關(guān)重要，”湯普森說(shuō)?！半S著(zhù)摩爾定律演進(jìn)放緩，實(shí)現這一目標的最佳方式是創(chuàng )建一系列根據需求定制的專(zhuān)用芯片(或稱(chēng)“加速器”)?！?

  科學(xué)家們進(jìn)一步認為，要引領(lǐng)下一代計算機，必須解決四個(gè)方面的問(wèn)題。首先，通過(guò)向《芯片法案》美國國家半導體技術(shù)中心(CHIPS Act National Semiconductor Technology Center)提出重大挑戰，激勵研究人員和創(chuàng )業(yè)公司投資研發(fā)，并為自旋電子學(xué)、神經(jīng)形態(tài)學(xué)、光學(xué)和量子計算以及光互連織物等領(lǐng)域的新技術(shù)尋求啟動(dòng)資金。其次，支持盟友通過(guò)類(lèi)似法案，這些技術(shù)的總體投資額將會(huì )增加，供應鏈將會(huì )更協(xié)調、更安全。再次，為研究人員建立測試平臺，在新的計算架構和硬件上測試算法，為創(chuàng )新和發(fā)現提供必要平臺。最后，通過(guò)下一代技術(shù)進(jìn)步實(shí)現更高性能水平的超百億億級系統，確保當前的商業(yè)技術(shù)不會(huì )限制未來(lái)的計算系統。

  “先進(jìn)計算領(lǐng)域正風(fēng)云變幻，技術(shù)、經(jīng)濟和政治方面都出現了新的創(chuàng )新機遇，全球競爭也在不斷加劇，”猶他大學(xué)(University of Utah)首席教授兼計算機科學(xué)、電氣和計算機工程教授丹尼爾 里德(Daniel Reed)表示?！盎谏疃葘W(xué)習和計算建模提出的變革性見(jiàn)解既取決于半導體技術(shù)的持續進(jìn)步，也取決于它們在前沿大規模計算系統(超大規模云和高性能計算系統)中的實(shí)例化。盡管美國在先進(jìn)半導體和高性能計算方面歷來(lái)領(lǐng)先于世界，但其他國家已經(jīng)認識到，這些能力是21世紀經(jīng)濟競爭力和國家安全不可或缺的一部分，對此各國都在在大力投資?！?

  “這篇文章把美國在先進(jìn)計算技術(shù)領(lǐng)域的前景描繪得很糟糕，”國家能源研究超級計算中心(National Energy Research Supercomputing Center)首席技術(shù)官兼勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室(LBNL)計算機科學(xué)與數據科學(xué)部主任約翰·沙爾夫(John Shalf)說(shuō)，“盡管量子和人工智能是美國技術(shù)領(lǐng)先的重要領(lǐng)域，但它們無(wú)法單獨彌補本文概述的先進(jìn)計算領(lǐng)域的領(lǐng)先不足。美國不能在實(shí)現百億億次級運算之后停下來(lái)。確實(shí)需要加倍投資在百億億次級運算計劃，但也需要重新聚焦更多的跨越式努力，而不是維持現狀。如果先進(jìn)計算創(chuàng )新計劃失敗，將很難甚至不可能恢復?！?