År 2008 lyckades datorn Roadrunner passera drömgränsen 10¹⁵ flyttalsberäkningar per sekund, en petaflops.

År 2020 kommer rekordet att ligga tre tiopotenser högre, på en exaflops, enligt planer som just nu ritas upp under programpunkt 863, Nationell forskning och utveckling i avancerad teknik, i Kinas trettonde femårsplan.

Det mest ambitiösa målet med exaflopsdatorn är att den ska dra maximalt 35 megawatt, det vill säga leverera 30 gigaflops/watt.

Som jämförelse ger världens energisnålaste superdator idag sju gigaflops/watt. Den kinesiska sifferkrossaren Taihulight, som toppar superdatorlistan, levererar sex gigaflops/watt.

Ursprungligen siktade Kina på att exaflopsdatorn skulle dra 20 megawatt.

Det kinesiska exaflopsprojektet behöver chips som levererar 20 teraflops på 500 watt, och kommunikation mellan noderna på 500 Gbps. För att nå målet finansierar projektet forskning i bland annat kiselfotonik och NoC (nätverk-på-chip).

Målet på en exaflops syftar på den teoretiska maxprestandan, som är summan av prestandan hos de enskilda beräkningselementen.  Som jämförelse har Taihulight en maxprestanda på 125 petaflops, men levererar ”bara” 93 petaflops i den algebraövning Linpack som används för att ranka världens superdatorer.

Vad gäller Linpack är målet att exaflopsdatorn ska leverera minst 600 petaflops.

Hårdvarumässigt är Kina ikapp USA på superdatorfronten. Den kinesiska superdatorn Sunway Taihulight står med sina 93 gigaflops otroligt nog ensam för en fjärdedel av den totala beräkningsprestandan i världens 100 snabbaste superdatorer. Närmaste USA-superdator har en femtedel av den prestandan.

Kina har toppat superdatorligan i tre år, men det har varit med en superdator byggd på amerikanska Intel Xeon Phi-processorer. Det intressanta med Taihulight är att den är byggd på en kinesisk processor, Sunway SW26010.

Taihulight demonstrerar att Kina nu har kompetensen att på egen hand ta fram hårdvaran till en superdator.
 
Det återstående problemet är mjukvaran. Det beror dels på amerikanska exportrestriktioner och dels på att Sunway-arkitekturen är ny och saknar många tillämpningsprogram

Amerikansk mjukvara är kostsam, ibland ineffektiv (har begränsad parallellism) och ibland inte ens tillgänglig på grund av exportrestriktioner.

– Utan ett ekosystem kring de inhemska processorerna kommer vi inte att lyckas, sade projektets forskningschef Depei Qian på en superdatorkonferens i Wuhan i maj.

Enligt Depei Qian finns dessutom ett underskott på kompetens i Kina för att ta fram den saknade mjukvaran. Det gäller framför allt människor som har både programmeringskompetens och domänkunskap inom fysik, energi, klimat, och så vidare.

Projektet att utveckla en exaflopsprocessor till år 2020 inleddes i februari. Just nu tar projektet in förslag på hur det ska gå till. Målet är att säkra försörjningen på superdatorteknik – en läxa Kina lärt sig av det amerikanska embargot – både i hård- och mjukvara.

Ett delmål är att ta fram lättanvända utvecklingsverktyg till nyss nämnda icke-programmeringskunniga domänexperter. 

Första etappmålet är att ta fram en prototyp med 512 noder som ska leverera upp till 10 teraflops per nod till en förbrukning av 10–20 gigaflops per watt. Prototypen ska ha en punkt-till-punkt bandbredd över 200 gigabit per sekund med en fördröjning på högst 1,5 µs.

På kortare sikt i Kina ska världens näst snabbaste superdator, 33-petaflopsdatorn  Tinahe-2, uppgraderas till samma kapacitet som ettan Taihulight.

Dagens Tinahe-2 använder Intelprocessorer, men USA förbjöd i april i fjol Intel från att exportera fler processorer till Tinahe-2. Exportförbudet försenade uppgraderingen av Tinahe-2 med minst åtta månader. och uppgraderingen måste nu ske med kinesiska processorer.

En möjlighet som föreslagits är att uppgraderingen görs i form av en kombination av Sunwayprocessorer och ett acceleratorkort på den 64-kärniga 64-bitars ARM-processorn Mars från kinesiska Phytium.

Exportförbudet gäller inte bara Tinahe-2 och har kostat Intel många uteblivna order, eftersom de flesta kinesiska superdatorer – superdatorer överhuvudtaget – använder Intelprocessorer.

Det ryktas att Intel på grund av exportförbudet gått miste om beställningar på en halv miljon Broadwell-EP Xeon E5v4-processorer till ett marknadsvärde av en miljard dollar, och att denna uteblivna intäkt kan ha bidragit till att Intel sparkade 12 000 personer i april.

Kinesiska superdatorer byggs huvudsakligen av de tre kinesiska företagen Lenovo, Sugon och Inspur.

I Europa finns ett exaflopsprojekt hos franska Atos. Också här är leveransdatum år 2020. Bull Sequana heter projektet och beställaren är CEA (Franska kommissionen för alternativ energi och atomenergi).

För att nå målet ska Atos dra ner effekten per flops till en tiondel. Också densiteten ska tiofaldigas.

Atos Bull-datorer finns idag på 22 platser i Top500-listan. Den högsta ligger på plats 33 och presterar 2,5 petaflops med en energieffektivitet på 2,3 gigaflops/watt.

I USA bygger Cray två stycken 180 petaflops-datorer åt USA:s energideparement. De ska vara klara till år 2018. Projektet heter Aurora och datorerna byggs i en arkitektur som gör dem uppgraderbara till 450 petaflops.

Aurora ska använda nästa generations Intel Xeon Phi-processor ”Knights Hill” tillverkad i 10 nm. Den ska dra 13 MW vilket ger den en effektivitet på 14 gigaflops/watt.