Part1 数字赋能实体的底层逻辑（点击链接）
Part2 超算瓶颈翻开颠覆的序章
如果说计算机的诞生极大解放了人类的脑力，那么超级计算机就是当下算力的集大成者。与普通的个人电脑和服务器相比，超级计算机由多个计算节点（单台计算机）组成，而每个节点配有CPU、GPU以及专用处理器，并以高速网络互联，以此达成超高的计算能力。
如美国的“顶峰”共有4608个计算机节点，而中国的“天河二号”更是拥有16000个计算机节点、共计31200000个计算核心。基于此，一台计算速度为10亿亿次/秒的超算工作一天的计算能力，相当于一台普通电脑工作1万多年。在信息文明时代，掌握了基础算力便意味着扼住了量大面广的下游应用的咽喉，占据了高科技发展的战略制高点。
第一，超级计算机使高精尖科研如虎添翼。
有观点认为，超算已经可以同理论研究和科学实验并称为支撑科学发现的三大支柱。例如地球勘探领域，产生的数据量可达千万亿字节（PB）级别，如果没有超算技术来消化，很多物理勘探都无法实现，更别提精度勘探、成像了。
第二，超级计算机推动产业加速发展。
如中国商用客机的全集全参数气动优化设计采用了2.4万CPU核心，在“天河二号”计算6天，就完成了其在自身计算平台上两年的工作量。更别说日本正利用超级计算机开发与改造无人驾驶汽车、机器人和医疗诊断服务等，向全球人工智能研究中心暗暗使劲。
甚至，关乎国运的战争理念也有可能被超算颠覆。比如，人工智能在超算的助力下渗透战争的各个方面，无人机、机器人成为战场主力，各军兵种的作战平台、武器系统、指挥控制系统、综合保障系统链接成一体，战争逐步演变为算力与智能的竞争。如此这般，对超算的需求不可谓不旺盛。
以超算的原理来看，应用的需求越大，其规模势必也越来越大。毕竟，底层的算力池才是支撑超算下游应用的关键。从20世纪90年代大规模并行处理架构的爆发使得核心处理器数量由个位数跃升到三个数量级，到21世纪对集群架构的应用进一步堆叠机器，即集群中每台计算器在内存、磁盘等方面相互独立再通过网络互联，皆是如此。然而，超算的瓶颈依然显山露水。
首先，超算早已成为吞金巨兽。
从设备、研发到软件采购无一不需要巨量资金。即便能成功造出整机，功耗也是“老大难”问题。已有科学家警告，如果还是依靠规模取胜的老思路，E级超算的功耗可能会达到50兆-100兆瓦，且90%的电能都有可能耗散在数据输送上。如此一来，成本上就先吃不消。如“天河二号”一年仅电费就要1亿元，全速运算电费更是高达1.5亿元。
其次，超算的系统越庞杂，可靠性就越难以保障。
将来超算的并发部件会超过10亿个，以现在的故障率，平均每10-20分钟系统就会报一次硬件错误，而每次处理错误需要半个小时。这显然背离了超算高精度、高效率的设计初衷。
再者，经典的系统架构难以突破。
超算性能从P级（千万亿次级）向E级（百亿亿次级）进阶之所以难，主要在于系统架构难以突破。从CPU到CPU+GPU和CPU+协处理器的异构计算，亦或采用其他类型的芯片，无外乎在经典的结构上层层叠加，均是“小打小闹”，始终难以突破结构的限制。
超算所面临的瓶颈，其因在“本”（计算机）而不在“标”（超算）。本质上来讲，超算仅是计算机不断堆砌的量变产物，即使做到极致也无法引发质变。故而，即便超算还能以经典方式在算力上精进一至两代，也终会被瓶颈所累。因为超算以及支撑超算系统的半导体技术已接近目前基础科学的极限。更重要的是，诸多方兴未艾的革命性进展正显露出颠覆计算机本身的潜力。
其一，材料革命对硅基芯片釜底抽薪。在半导体行业，即使工艺再精细，硅基芯片的极限就是1纳米，而现在已经做到了3纳米，摩尔定律的失效近在眼前。与之相反，石墨烯、碳纳米管、氮化镓等新材料在光学、高压高频等性能上则各有所长，都在为替代硅材料而摩拳擦掌。
其二，量子计算机在运算能力上虎视眈眈。有科学家预测，未来10-15年，科学界就能操纵100量子比特，实现量子优势，而一台50量子比特的量子计算机，其运算速度就能达到每秒1125亿亿次。再加上量子计算机独特的量子位叠加特性（同时保持0和1两种状态）能模拟复杂的分子互动模型，诸如药物与疫苗的研发在几天之内就能完成，而传统计算机只能望洋兴叹。
其三，生物计算正颠覆计算机的机器属性。在计算机高能复合的发展路径上，生物计算不仅开辟了越来越“像人”（类人脑学习的复杂度与效率）的支路，还打破了传统计算机的高耗能魔咒。要知道，1立方米的DNA溶液可以存储1万亿亿个二进制数据，而生物计算机所消耗的能量只有电子计算机完成同样计算所消耗能量的十亿分之一。如此来看，路径依赖地追逐超高速超级计算机已无意义，切换赛道的计算机革命才是决定未来的关键。
进一步而言，计算机革命势必意味着国际话语权的此消彼长，谁先在技术上突破，谁就能掌握真正的优先权。例如曾经缔造了硅时代的美国就长期占据了无可比拟的地位。无论是芯片产业，抑或围绕芯片而诞生的设计工具EDA、生产设计标准，乃至衍生出的整个高科技产业，都遵循着先发优势下强者愈强的规律。作为后来者的中国虽然凭借其完备的工业链条分了一杯羹，但大多还在组装制造等低端领域打转，承接上游产业链的外溢，其研发也尚未完全摆脱逆向创新的思路，一时间难以突破高端领域的科技壁垒。
短期内，中国仍将处于短板与冒尖并存的状态。率先突破的关键点还将在科技巨头企业。毕竟，企业的市场嗅觉最为灵敏。以新材料为例，仅氮化镓射频器件在不同领域的市场规模基本都在万亿美元级别。例如小米在2020年初推出的氮化镓充电器，技术落地速度领先于台积电、苹果、三星等国际“大腕”。更不用说已经站在5G技术和专利“C位”的华为的产业辐射能量，先有3D石墨烯散热技术运用于5G平板电脑，后又不断投入研发氮化硅等碳基半导体，着力绕开硅基半导体芯片的技术封锁，实现弯道超车。
中长期看，计算机革命将是资本支持、市场促进、科研积累、工艺探索等多方面的马拉松。毕竟，量子计算、生物计算等方向均需要革命性突破来引领时代性切换。然而以目前的研究成果看，各国均处于相对混沌的草创阶段，一眼望不到头。上至国家战略的多点支撑，下至资本注入与市场需求倒逼，已逐渐汇聚成计算机革命向上走的力量。加之，在中美大国博弈的背景下，中国虽然在资本市场与尖端科技积累上略逊一筹，但如此难得能够打破既有垄断的窗口期，势必将再度激发中国“集中力量办大事”的制度优势。与“两弹一星”时期略有不同的是，此次来自市场的资本、企业将发挥更大的作用。因为计算机革命归根结底不是“曲高和寡”型科创，还要经过大量商业化的检验。总而言之，计算机革命又将拉卡新一轮国际竞争的序幕。
内容选自《中国经济2024：周期拐点与结构演化》（王德培著）章节部分内容，供各位读者参考。
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