2015 年國際「TOP500 計劃」在德國舉行的國際超級計算機大會上，發表全球最新超級計算機 500 強排名。雖然排名前端的超級計算機，皆已經可以達到每秒運算千兆次的速度，但事實上超級計算機計算能力成長的幅度並不像過去那麼快速，成長放緩的原因可能涉及許多技術難關及成本考慮。

超級計算機還在成長，但成長的很慢
眾所皆知，超級計算機的開發根基於 INTEL 創始人之一戈登·摩爾所提出的摩爾定律，他預測單一積體電路上可容納的電晶體數目，約每隔2年便會增加一倍，造成效能呈指數增長。在大多數情況下，市場大多遵循著這套曲線。在超級計算機方面，過去前 500 強的計算機效能幾乎每年翻倍成長。然而從前幾年開始，成長的幅度漸漸下降。從 2008 年到 2013 年左右，指令週期增長的幅度約在 22%-66% 左右，但今年上榜的計算機中，只比去年同期增長了約 17% 左右。成長的停滯跡像不只出現在榜單的頂部，榜單底部的計算機也有漸緩的趨勢。就過去的經驗來看，榜單底部的計算機處理速度的增幅應該要持續高於排名靠前的計算機。但從下圖中，我們可以看出在過去的幾年中增速的變化趨勢。排名第 1 和第 500 的計算機間運算能力差距正在逐漸擴大。也就是說，雖然還是有新的超級計算機誕生，但出現的頻率已經沒有過去那麼高，且榜單底端的計算機也沒有維持足夠的成長速度。

甚麼趨勢導致成長放緩？摩爾定律走到盡頭
IBM 資料中心高階經理 John Gunnels 提到，如果你沒辦法像過去一樣保持晶片縮小的幅度與速度，那麼當然沒辦法像過去一樣提高效能，因為晶元的幾何尺寸總不可能無限制地縮小下去。半導體產業似乎已經走到極限，今日的電晶體已經縮小到原子級別，晶片設計師們不得不在已十分優越的多核晶片上不斷推翻、重新設計，每一次的升級，都讓難度變得更大。於此同時，IBM 研究人員正試圖利用矽鍺電晶體取代純矽，並利用極紫外光（EUV）雕刻技術，打造僅 7 奈米的晶片，希望在未來四年維持摩爾定律。除了純科學技術上的問題，更大的問題是經濟上的阻力，高昂的電力消費與天價的開發成本才是減緩相關產業成長的原因。當晶片對尺寸的要求縮小到一定程度，晶圓廠的成本甚至可能會高過核電廠，除了大型科技公司以外，恐怕沒有多少公司能負擔。例如 Intel 過去的 14 nm 晶片工廠，便花費了五十億美元，上述 IBM 的新型晶片，在量產前投資額就高達 30 億美元。Gunnels 認為，他相信有人能做出效能更高的超級計算機，但不見得有相對應的權力與金錢能夠支撐這項事業，例如美國政府近年來也縮小了對超級計算機的資金投資規模。當然，除了一味追求更小的半導體體積外，市場上還有其他技術可以增加運算效率。如 3D 邏輯閘，多層晶片，低電壓低電阻晶圓等等，但這些技術也有自身的限制，沒辦法立即帶來像如同縮小體積般顯著的指數型成長，頂多讓半導體產業維繫接下來 10 年的光景。換句話說，科技巨頭們只能趕在這段時間去尋找能矽半導體的替代品，雖然有不少可能的方向，例如奈米碳管、超導體、量子計算機等等，但這些技術也都尚未完全成熟，是否真的能在近年扭轉頹勢，還有待觀察。

未來發展－你的舊計算機不再過氣的那麼快？
縱使成長放緩，美國科學界仍希望能在 2020 年達到每秒百萬兆次的指令週期，但田納西大學的電腦科學教授 Jack Dongarra（超級計算機前 500 名榜單中的常客）則認為保守估計也得等到 2023 年才能實現，日本與中國方面則較積極地想搶在 2020 達成這專案標。在未來，首要受到影響的就是需要動用超級計算機的產業，例如國家級的氣象預測與氣候模型架構、新世代的雲端產業網路架構等等。對一般民眾而言，過去我們已經習慣晶片的高速淘汰與成長，未來或許也會開始查覺到這波放緩的趨勢，簡單來說，你會發現你的舊計算機似乎不會過氣的那麼快。