中國超級電腦之發展、軍事應用和產業分析
2019.07.12
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壹、新聞重點
2019年6月17日「國際超級電腦大會」（the International Supercomputing Conference, ISC）公布了第53屆「全球超級電腦500強」（Top 500 List）名單。以性能而言，世界前十大超級電腦中，中國「神威‧太湖之光」和「天河二號」之運算速度僅次於美國的「高峰（Summit）」和「山脊（Sierra）」，分占世界第三和第四位；以數量而言，中國則有219台進入500強，遠超過排名第二的美國116台。
6月21日，繼華為禁令之後，美國商務部產業與安全局（Bureau of Industry and Security, BIS）以抵觸國家安全和外交政策利益為由，將五家中國超級電腦製造商和機構增列入禁止出口實體名單。這五家企業分別是中科曙光、無錫江南計算技術研究所、天津海光先進技術、成都海光集成電路及成都海光微電子技術。其中，無錫江南計算技術研究所隸屬中國人民解放軍戰略支援部隊網絡系統部第56研究所；中科曙光是自中國科學院獨立而出的企業，正研發下世代百萬兆級運算（Exascale Computing）之超級電腦；其他三家則是中科曙光持股的子公司，主要供應中國超級電腦中央處理器（CPU）之生產。[1]
貳、安全意涵
一、超級電腦被視為一國戰略產業
超級電腦以大量處理器並行運算，解決一般電腦無法處理的大資料量且高速運算之複雜問題。最初是美國為計算彈道飛彈飛行軌跡和參數而開發，其後被廣泛應用於各種軍民用途，包括：核爆模擬、飛彈防禦、能源探勘、密碼加密與破解、氣候預測、宇宙探索、船舶工程、基因研究、防災預報、工業設計、新藥開發、材料工程、金融分析、電磁仿真、量子模擬等。超級電腦可大幅加速人工智慧、大數據和物聯網之推展，其產值預估在2022年可達95億美元，伺服器收益則預估在2023年可達200億美元。[2]因此，各國政府莫不將其定位為國家級戰略產業，投入大量資金積極研發。
以軍事應用而言，超級電腦除了模擬核爆試驗和飛彈防禦之外，還可應用於武器裝備之設計製造、作戰模擬、指揮控制、通訊加密、情報偵察分析、軍用新材料開發等方面。此外，鑒於無人機和機器人部隊可能是未來戰場作戰主力，超級電腦還可做為軍隊大腦，建立各軍種間之協同作戰平台，將作戰、指揮、後勤等前後端系統連成一體。[3]更甚者，中國在2017年宣布成功研發超級電腦之小型工作站（神威小型機），可依使用者需求客製化其應用。因此，未來可能出現移動型作戰指揮所、單一武器裝備或單兵搭載小型超級電腦之情形，戰爭型態和國防樣貌將產生重大變革。
二、中國超級電腦之性能和數量已居世界領先群
超級電腦之研發原本由美國和日本獨占鰲頭。在政府大力支持下，兩國的民間企業如：IBM、英特爾（Intel）、克雷（Cray）、惠普（HP）、NEC、富士通等，先後開發出性能優異的超級電腦。但是，當時半導體產業遙遙落後美日兩國的中國，繼1983年研發出第一台大型電腦「銀河-1」後，藉由國家「863計畫」之資源傾注和美國處理器晶片之協助，2010年和2013年分別以中科曙光開發的「天河一號」和「天河二號」成為世界第一。為了阻撓中國超級電腦之進展，美國歐巴馬政府於2015年首度將中國四家超級電腦研發機構列入出口管制名單，禁止英特爾等大廠出售高階處理器晶片給中國。但是，中國在2016年推出以自製晶片組成的超級電腦「神威‧太湖之光」一度成為世界第一，直到2018年6月才被IBM的「高峰」（Summit）系統擠下。同時，中國超級電腦之製造能力也快速進展。前述500強最新名單之中，中國廠商聯想（Lenovo）、浪潮（Inspur）和中科曙光之產品數量分占前3名，可見其產製能力。
三、台裔美人及台灣大廠或成為中國處理器晶片技術來源
然而，中國超級電腦之主要弱點仍在於晶片技術。為免受制於美國，中國近年致力於CPU晶片和網絡鏈結技術之獨立自主。超級電腦中央處理器之當前主流為英特爾X86晶片，為了迴避英特爾專利授權之限制，美國大廠超微（Advanced Micro Devices, AMD）於2016年和中科曙光合資成立了AMD控股51%之子公司天津海光，協議合作生產X86晶片，並對其開放AMD第一代Zen處理器原始碼。這使中國得以形成自主的CPU核心，等於實際獲得X86架構之授權。AMD與曙光合資據說是為了AMD在中國的市場布局和彌補營運虧損，其後AMD獲得近3億美元授權金和專利使用費，而時任AMD執行長為美籍台裔人士。[4]此外，中國在海光之外的另一家超級電腦CPU晶片大廠兆芯，其技術雖不如海光優秀，卻也是透過台灣威盛電子（VIA）拿到美國X86 CPU晶片設計圖，並在台積電試生產（trial production）的流片（tape out）上進一步發展和設計。換言之，美國晶片大廠台裔主管或台灣大廠恐在處理器晶片技術移轉過程中扮演了關鍵角色。
參、趨勢研判
一、中國超級電腦短期或將受美國禁令箝制
中國「神威‧太湖之光」2016年未使用英特爾X86架構而運算能力可達世界第一，主要是以40,960個專利過期之舊型處理器，併聯出10,649,600個CPU核心而達成。換言之，中國是靠「量多」而非「質優」取勝。因此，美國對中國超級電腦實施出口管制，短期內應可收箝制其進展之效。另一方面，中國較不重視超級電腦應用軟體之開發，投入經費也只有美國的1/6，沒有培育出足夠的軟體人才，長期而言也可能阻礙中國超級電腦之發展。[5]
二、中國超級電腦之終端應用成為弱點
中國雖可在短期內傾舉國之力研發成功，使其基礎研究迅速獲得國際認可，但是技術創新所需的發展環境和產業生態系卻付之闕如。這些無疑地將限縮中國對超級電腦在軍事用途以外的商業應用，以及對新商業模式之發掘與想像。換言之，中國政府投入大筆資金研發超級電腦，其商業應用卻可能落於美國或日本之後，也無法獲得充足的經濟收益或投資回報。這是否會如中國高鐵技術般，最後必須靠輸出海外來獲得經濟利益，將是值得後續觀察之指標。
三、美中超級電腦競爭將是影響未來之關鍵因素
美中兩國超級電腦之發展正好代表兩種不同的發展途徑。美國是先有應用需求或難題挑戰再進行研發製造，因此政府資助超級電腦研發成功之後，會將相關應用導入商業領域，以強化美國企業的全球競爭力。中國則是在強國強軍之目標下，先追求超級電腦性能再尋求應用，並以軍民融合名義將民間尖端科技轉為軍事用途。因此長期研判，美國在超級電腦的產業生態系、終端應用市場都較為成熟的情況下，超級電腦的發展將具有較佳的戰略優勢。
[1] “TOP500 List - June 2019,” TOP500, https://www.top500.org/list/2019/06/; “Addition of Entities to the Entity List and Revision of an Entry on the Entity List”, Federal Register, June 24, 2019, https://www.federalregister.gov/documents/2019/06/24/2019-13245/addition-of-entities-to-the-entity-list-and-revision-of-an-entry-on-the-entity-list
[2] “Hyperion Research: HPC Server Market Beat Forecast in 2018,” Inside HPC, https://tinyurl.com/y64qcbn7
[3] 于曉晶，〈大國不可迴避的「超算之戰」〉，《新華網》，2018年10月15日，http://www.xinhuanet.com/mil/2018-10/15/c_129971714.htm。
[4] Kate O’Keeffe and Brian Spegele, “How a Big U.S. Chip Maker Gave China the ‘Keys to the Kingdom’,” Wall Street Journal, June 27, 2019, https://www.wsj.com/articles/u-s-tried-to-stop-china-acquiring-world-class-chips-china-got-them-anyway-11561646798; 但AMD於28日發布聲明，否認將關鍵微處理器技術轉移給中國，且雙方合作有美國商務部授權，未涉及最尖端技術。
[5] 李國杰，〈序言：發展高性能計算需要思考的幾個戰略性問題〉，《中國科學院院刊》第34卷第6期（2019年），頁605-608。