美國(guó)專家：“芯片法案”只是讓美國(guó)保持對(duì)華科技優(yōu)勢(shì)的第一步

  ICC訊  曾經(jīng)，美國(guó)早期的技術(shù)實(shí)力超越各國(guó)，為其國(guó)內(nèi)企業(yè)培養(yǎng)了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然而，30年后的今天，美國(guó)在先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位正在持續(xù)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(bào)告揭示了美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)力下降的原因。對(duì)此，科學(xué)家們著眼于高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言衡量標(biāo)準(zhǔn)展開研究：整體能力、超級(jí)計(jì)算機(jī)、應(yīng)用算法和半導(dǎo)體制造。經(jīng)過分析，他們發(fā)現(xiàn)，不僅中國(guó)縮小了與美國(guó)在計(jì)算能力方面的差距，而且近80%的美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人認(rèn)為，他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中國(guó)正在以更快的速度提高計(jì)算能力。該團(tuán)隊(duì)表明，這意味著中國(guó)“對(duì)美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力有巨大威脅”。

  為了深入研究這場(chǎng)爭(zhēng)論，科學(xué)家們對(duì)先進(jìn)計(jì)算機(jī)用戶展開調(diào)查，對(duì)120個(gè)頂級(jí)組織抽樣，包括大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)邦機(jī)構(gòu)和工業(yè)。該團(tuán)隊(duì)估計(jì)，這個(gè)群體包括美國(guó)所有最重要的計(jì)算機(jī)用戶的三分之一或一半。

  麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)未來技術(shù)研究項(xiàng)目(Future Tech Research Project)主任尼爾·湯普森(Neil Thompson)說：“先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于美國(guó)公司的科學(xué)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要?！?

  湯普森還是麻省理工學(xué)院數(shù)字經(jīng)濟(jì)倡議組織(MIT’s Initiative on Digital Economy)的主要調(diào)查員，他與競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)(Council on Competitiveness)的執(zhí)行副總裁、董事會(huì)秘書兼財(cái)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(zhí)行官兼董事會(huì)成員，以及制定了行業(yè)路線圖的半導(dǎo)體聯(lián)盟(SEMATECH)的前主席。

  超級(jí)計(jì)算機(jī)是一間房間大小的“巨型計(jì)算器”，目前貌似已經(jīng)不再是由美國(guó)主導(dǎo)的行業(yè)。到2015年，大約一半最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)穩(wěn)穩(wěn)地坐落在美國(guó)，而中國(guó)則是在一個(gè)非常緩慢的基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展的。但在過去的六年里，中國(guó)迅速趕上了美國(guó)，幾乎與美國(guó)平起平坐。

  這個(gè)消失的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)十分重要。84%的美國(guó)受訪者表示，他們?cè)谶\(yùn)行基本程序時(shí)受到計(jì)算能力的限制。湯普森說：“考慮到我們受訪者都是美國(guó)研究企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的先鋒，他們享有獲得先進(jìn)國(guó)家超級(jí)計(jì)算資源的特權(quán)。這個(gè)結(jié)果很能說明問題”。

  在先進(jìn)算法領(lǐng)域，美國(guó)歷來占據(jù)領(lǐng)先地位，三分之二重大改進(jìn)都是由美國(guó)發(fā)明家主導(dǎo)的。但近幾十年來，美國(guó)在算法領(lǐng)域的主導(dǎo)地位一直依賴于引進(jìn)的外國(guó)人才。研究人員表示，目前這種情況并不樂觀。自2007年以來，中國(guó)在STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))領(lǐng)域培養(yǎng)的博士數(shù)量已經(jīng)超過了美國(guó)等許多國(guó)家。一份報(bào)告預(yù)測(cè)，在不久的將來(2025年)，中國(guó)的博士數(shù)量將是美國(guó)的兩倍。從“戈登貝爾獎(jiǎng)”(Gordon Bell Prize)中也可以看出中國(guó)在算法領(lǐng)域的崛起，該獎(jiǎng)項(xiàng)是為了獎(jiǎng)勵(lì)利用超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)杰出成果的科學(xué)家。美國(guó)的獲獎(jiǎng)?wù)邭v來在該獎(jiǎng)項(xiàng)種占主導(dǎo)，但是在過去的五年中，中國(guó)的表現(xiàn)已經(jīng)趕上甚至超過美國(guó)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(jì)算領(lǐng)先位置的關(guān)鍵一步，他們也向美國(guó)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(guó)超級(jí)計(jì)算大眾化。建立更多的中間層系統(tǒng)，幫助用戶突破邊界，同時(shí)建立工具，減少用戶在擴(kuò)大計(jì)算機(jī)規(guī)模時(shí)前期的資源投資。其次，資助更多電子工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，發(fā)放長(zhǎng)期居留美國(guó)獎(jiǎng)勵(lì)和學(xué)術(shù)獎(jiǎng)學(xué)金，來擴(kuò)大創(chuàng)新人才庫(kù)。最后，除了這個(gè)新的框架，科學(xué)家們敦促利用現(xiàn)存優(yōu)勢(shì)，通過學(xué)術(shù)界和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室超級(jí)計(jì)算機(jī)站點(diǎn)為私企提供高性能計(jì)算實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

  計(jì)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(qiáng)大的新芯片則需要設(shè)計(jì)和制造的完美融合。

  事實(shí)上，在過去的五十年里，美國(guó)設(shè)計(jì)了大部分芯片。但這種情況在過去六年中發(fā)生了變化，這一成功主要有賴于與全球領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)公司的合作，這種合作始于21世紀(jì)?，F(xiàn)在，中國(guó)有14家公司躋身于世界50強(qiáng)無晶圓廠設(shè)計(jì)者之列。十年前，還只有一家。

  半導(dǎo)體制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)更加復(fù)雜，美國(guó)主導(dǎo)的國(guó)際政策和內(nèi)部執(zhí)行問題減緩了中國(guó)的崛起。目前，中國(guó)在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的12個(gè)環(huán)節(jié)中只有兩個(gè)基本持平或處在比美國(guó)更好的水平。根據(jù)美國(guó)政府的政策和投資，該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)在10年內(nèi)這個(gè)數(shù)字將飆升到七。因此，就目前而言，美國(guó)在硬件制造領(lǐng)域仍處于領(lǐng)先地位，但優(yōu)勢(shì)不大。

  科學(xué)家們建議白宮科技政策辦公室與美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)等重要國(guó)家機(jī)構(gòu)展開合作，確定計(jì)劃來建立重要計(jì)算模式和工作負(fù)載所需的硬軟件系統(tǒng)?！?A href="http://3xchallenge.com/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(guó)企業(yè)能夠從速度更快的計(jì)算機(jī)中獲益，這一點(diǎn)至關(guān)重要，”湯普森說?！半S著摩爾定律演進(jìn)放緩，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳方式是創(chuàng)建一系列根據(jù)需求定制的專用芯片(或稱“加速器”)?！?

  科學(xué)家們進(jìn)一步認(rèn)為，要引領(lǐng)下一代計(jì)算機(jī)，必須解決四個(gè)方面的問題。首先，通過向《芯片法案》美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心(CHIPS Act National Semiconductor Technology Center)提出重大挑戰(zhàn)，激勵(lì)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(jì)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，支持盟友通過類似法案，這些技術(shù)的總體投資額將會(huì)增加，供應(yīng)鏈將會(huì)更協(xié)調(diào)、更安全。再次，為研究人員建立測(cè)試平臺(tái)，在新的計(jì)算架構(gòu)和硬件上測(cè)試算法，為創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)提供必要平臺(tái)。最后，通過下一代技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)更高性能水平的超百億億級(jí)系統(tǒng)，確保當(dāng)前的商業(yè)技術(shù)不會(huì)限制未來的計(jì)算系統(tǒng)。

  “先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域正風(fēng)云變幻，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政治方面都出現(xiàn)了新的創(chuàng)新機(jī)遇，全球競(jìng)爭(zhēng)也在不斷加劇，”猶他大學(xué)(University of Utah)首席教授兼計(jì)算機(jī)科學(xué)、電氣和計(jì)算機(jī)工程教授丹尼爾 里德(Daniel Reed)表示?！盎谏疃葘W(xué)習(xí)和計(jì)算建模提出的變革性見解既取決于半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，也取決于它們?cè)谇把卮笠?guī)模計(jì)算系統(tǒng)(超大規(guī)模云和高性能計(jì)算系統(tǒng))中的實(shí)例化。盡管美國(guó)在先進(jìn)半導(dǎo)體和高性能計(jì)算方面歷來領(lǐng)先于世界，但其他國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，這些能力是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全不可或缺的一部分，對(duì)此各國(guó)都在在大力投資?！?

  “這篇文章把美國(guó)在先進(jìn)計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域的前景描繪得很糟糕，”國(guó)家能源研究超級(jí)計(jì)算中心(National Energy Research Supercomputing Center)首席技術(shù)官兼勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)計(jì)算機(jī)科學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)部主任約翰·沙爾夫(John Shalf)說，“盡管量子和人工智能是美國(guó)技術(shù)領(lǐng)先的重要領(lǐng)域，但它們無法單獨(dú)彌補(bǔ)本文概述的先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先不足。美國(guó)不能在實(shí)現(xiàn)百億億次級(jí)運(yùn)算之后停下來。確實(shí)需要加倍投資在百億億次級(jí)運(yùn)算計(jì)劃，但也需要重新聚焦更多的跨越式努力，而不是維持現(xiàn)狀。如果先進(jìn)計(jì)算創(chuàng)新計(jì)劃失敗，將很難甚至不可能恢復(fù)。”