2015年7月29日，美国总统奥巴马签发行政令，正式启动美国国家战略性计算计划（NSCI）^[1]，旨在促进百亿亿次计算系统及相关技术研发，使高性能计算（HPC）研发与部署最大程度地造福于经济竞争与科学发现。

一、NSCI出台背景

过去六十年来，美国在先进计算系统研发方面一直维持着世界领先的地位。在每年发布两次的世界超级计算机500强排行榜（Top 500）上，美国曾保持着绝对的领先优势，并数度登顶。然而，近年来，美国的领先地位受到了日本、欧洲和中国的严峻挑战，在最近5期Top 500排行榜上，中国研制的“天河二号”超级计算机一直牢牢占据着榜首的位置，而日本的超级计算机不仅运算速度快，还有着超高的能效。

美国的HPC研发分散在多个部门，能源部（DOE）一直是其中的引领者。随着近两年各国开始围绕百亿亿次计算研发展开激烈竞争，DOE也出台了一系列措施。2013年底，美国国会通过了一项法案，确定了DOE在未来十年内发展百亿亿次超级计算机的路线图。该路线图提出了涉及百亿亿次计算的研发、应用、基础设施、集成等阶段的发展策略，以图在2020年完成百亿亿次计算系统的部署。2014年7月，DOE高级科学计算研究（ASCR）计划宣布将资助“极限可伸缩超级计算系统弹性研究”，重点是如何减少和缓解百亿亿次计算系统在运行时可能发生的故障和错误。另据2015年初公布的2016财年预算，美国计划在2016财年大幅增加用于研发百亿亿次超级计算的经费。ASCR将联合超级计算机制造商开展系统级别的百亿亿次节点技术、硬件与软件设计，硬件架构和系统软件，高能效编程，数据密集型应用等方面的研发工作。

为了在未来数十年维持与扩大HPC的优势，满足日益增长的计算能力需求、应对新兴计算挑战与机遇、赢得与他国的竞争，需要国家层面做出卓有成效的响应，针对高性能计算研发与部署创建一个协调性联邦战略。因此，奥巴马总统签发行政令，启动了覆盖美国整个政府的国家战略性计算计划。NSCI将制定统一的、多部门参与的战略愿景和联邦投资战略，并与产业界和学术界通力合作，实现HPC利益最大化。

二、NSCI主要内容

1、指导原则与战略目标

NSCI旨在维持并提升美国在HPC研发与部署方面的科技与经济领导力，需遵循4项指导原则：（1）必须广泛部署和应用新兴高性能计算技术，在经济竞争和科学发现方面保持领先；（2）必须推动公私合作，借助政府、产业界和学术界各自的优势，使HPC实现利益最大化；（3）必须采取整体政府方案，发挥所有行政部门的力量并促进它们之间的合作；（4）必须制定一项综合性技术与科学方案，将针对硬件、系统软件、开发工具、应用程序的HPC研究有效融入系统开发中，并最终实现系统运行。

参与NSCI的各行政部门与机构需致力达成5项战略目标：（1）加快可实际使用的百亿亿次计算系统的交付；（2）加强建模与仿真技术与数据分析计算技术的融合；（3）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；（4）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；（5）创建一个可持续的公私合作关系，确保HPC研发的利益最大化，并实现美国政府、产业界、学术界间的利益共享。

2、各部门与机构的角色和职责

为了实现上述5项战略目标，行政令确立了相关的领导机构、基础研发机构和部署机构。领导机构负责开发和交付下一代集成式高性能计算能力，并参与针对软硬件开发的支持工作，以及针对NSCI各项目标的人力资源开发工作。基础研发机构负责基础科学发现工作与相关的工程研发，为NSCI各项目标的实现提供必要支持。部署机构负责制定基于任务的高性能计算需求，为新型高性能计算系统的设计提供参考，同时负责就目标需求向私营部门和学术界征求建议。根据任务需要，这些机构可以将其他政府组织纳入到任务中。

（1）领导机构。NSCI共设三所领导机构：DOE、国防部（DOD）、国家科学基金会（NSF）。DOE下属的科学办公室与国家核安全署将联合开展一项通过百亿亿次计算实现先进仿真的项目，并重点实现相关应用的可持续性性能，以及有助于完成任务的分析性计算。NSF将在推动科学发现进展、打造高性能计算生态系统、人力资源开发等方面发挥核心作用。DOD将重点研发数据分析型计算。三所领导机构将同其他基础研发机构和部署机构合作，以实现NSCI各项目标并为联邦政府的各种需求提供支持。

（2）基础研发机构。NSCI共设两所基础研发机构：高级情报研究计划署（IARPA）和国家标准与技术研究院（NIST）。IARPA将重点研发面向未来的计算范式，以实现标准半导体计算技术的替代方案。NIST将重点推动测量科学的发展，为未来计算技术提供支持。这两所基础研发机构将与部署机构开展协作，实现研发成果的有效转化，为联邦政府的各种需求提供支持。

（3）部署机构。NSCI共设5所部署机构：国家航空航天局（NASA），联邦调查局，国立卫生研究院，国土安全部，国家海洋与大气管理局。这些机构将参与新型高性能计算系统、软件和应用的早期设计及协同设计过程，以将与自身任务相关的具体需求反映到设计中。这些机构还将参与相关测试、人力资源开发等工作，以及确保相关成果在其任务中得到有效部署。

3、执行理事会

NSCI还设立了一个执行理事会，由科学技术政策办公室（OSTP）主任和管理与预算办公室（OMB）主任共同担任联合主席，以协调NSCI开展的研发和部署活动并确保问责制的实施。OSTP主任应在行政部门内指定执行理事会成员。执行理事会应包括来自各个机构的代表，承担行政令中规定的各项角色和职责。

执行理事会应与国家科学技术理事会及其下属实体进行协调，开展适当的合作以确保整个联邦政府的HPC行动与NSCI计划相一致。执行理事会应与其他机构的代表进行必要的商议，并可在需要的时候建立另外的工作小组来确保问责制的实施和相关工作的协调。

执行理事会应定期举行会议，评估该行政令实施的进度。行政令发布后的第一年，会议频率不应低于两次。此后，执行理事会可根据需要变更会议举行的频率。

执行理事会将鼓励政府机构与私营部门适当开展合作。执行理事会可通过总统科技事务助理向总统科技顾问委员会寻求建议，还可根据联邦顾问委员会法案的规定与其他私营部门开展互动。

行政令明确规定执行理事会应在该行政令发布后90天内制定一项实施计划，以支持和协调各机构采取与NSCI计划目标一致的行动。

三、对我国HPC发展的启示建议

近两年，各国围绕HPC特别是百亿亿次计算研发的竞争愈发激烈，日本、欧盟、美国均陆续出台了相应的规划，而我国科研部门尚缺乏相应的规划。为抓住机遇、赢得发展先机，建议从以下三方面展开行动：

（1）加强顶层设计与政策扶持。NSCI的出台鼓舞了美国的众多企业，硅图公司CEO甚至认为NSCI设立堪比NASA的成立。我国目前在HPC研发方面缺乏国家层面的规划与部署，有必要从顶层进行整体设计，制定国家级的HPC及百亿亿次计算研发战略，并进一步加强配套基础设施及软环境建设、人才培养方面的政策支持。

（2）促进多方合作。企业是HPC研发的重要生力军，而我国目前的超级计算机研发主要集中在科研机构。应创建合理的激励机制与反馈机制，推动企业参与百亿亿次计算研究，加强政产研三方合作，使政府在政策制定、科研机构在前沿技术研究与利用超算解决复杂问题，企业在整机制造与产业应用上发挥各自的优势。

（3）重视应用研究。中国在HPC硬件系统研制方面已处于世界先进水平，但在软件系统设计和应用软件的研制及推广方面却与美、日等发达国家存在巨大差距。要想真正赶超，必须要加强整体软件系统开发及针对生物、制药、天文、气候、金融等多个领域的专业应用软件的开发，提高超算资源的有效利用率。                         

（张娟）