政策规划|美国白宫推进高性能计算倡议，注重后摩尔定律时代的计算

上周，美国白宫发布了一个新的战略计划来执行“国家战略计算倡议”（NSCI）——一个涉及多个政府机构的高性能计算（HPC）研究行动。该计划号召产业界、学术界和政府合作成立一个大的生态系统，来推动实施高性能计算倡议。计划中提议国家科学基金会（NSF）要注重研究互补金属氧化物半导体（CMOS）技术尺寸的进一步微缩，同时研究后摩尔定律时代CMOS技术的接替者。

计划发布背景

2015年7月，奥巴马总统发布总统令，通过建立“国家战略计算倡议”（NSCI）来“创造一个凝聚的多机构战略观和联邦投资策略，由产业和学术界以合作方式开展，为美国实现HPC优势的最大化”。NSCI的一个重要目标是建立“通向未来HPC系统、超过15年的可行性道路，甚至能超越现有半导体技术限制”。

战略计划目标

该战略的目标之一是寻求新技术来继续提升计算能力，奠定计算基础，将美国的计算优势延续到本世纪中期。为达到此目标，NSCI将在未来10～20年内，从两个方向并行入手：（1）推动CMOS数字计算性能超越理论极限；（2）研发替代方法推动大规模计算。

NSCI预想未来的计算环境系统更加异质，将通过其他的计算模式来增强数字计算（基于冯·诺依曼）性能，提升解决特殊问题的能力，包括超导、神经形态、低功耗类脑感知、量子技术和机器学习等。

这些其他计算方法都可能解决数字计算所不能解决的问题。但针对只能采用数字计算解决的问题，需进一步将计算能力提升至百亿亿次，进一步降低能耗，这对于当前的CMOS半导体技术是不可行的。为攻克这些挑战，NSCI需探索新型高规模、可编程、高能效、经济可行的计算技术。

参与政府机构

指定美国能源部（DOE）、NSF和国防部（DOD）作为领导机构，指定情报先期研究计划中心（IARPA）和国家标准和计划研究所（NIST）作为基础研发机构。

美国航空航天局（NASA）也将参与后摩尔定律技术的研究，包括量子计算、纳米技术及其它相关技术。

补充信息

其他联邦政府在高性能计算领域的努力包括以下：

• 半导体技术创新研究网络（STARnet），由DARPA与半导体和国防企业开展的合作，建立一个研发中心的合作网络，聚焦于“找出威胁微电子产业长期发展的基础物理限制的方法”。

• 安全和可信网络空间：安全、可信、可靠和弹性（Resilient）半导体和系统（SaTC:STARSS），是NSF和半导体研究联盟（SRC）联合研究项目，聚焦于半导体架构、规范和验证的新策略，目标是增加防范篡改的能力和弹性，以及加强对整个供应链的认证。

• 2020及以后的纳米电子，是在国家纳米倡议（NNI）组织下的工作，目标是发现和使用全新纳米级制造流程，以及有关制造的革命性材料、器件、系统和架构的创新理念。从2011财年起，国会已主要通过NSF、DOD和NIST为该项目提供了大约5.3亿美元。特定项目包括与SRC和STARnet公私合作的“纳米电子研究倡议”。

• 高能效计算：从器件到架构（E2CDA），是NSF和SRC的联合倡议，聚焦于研发可减少处理、存储和传输数据所需能耗的技术。