美國曾經是製造業強國。在過去的四分之一個世紀裡，我們放棄了這一領導地位，很大程度上是因為我們有意識或無意識地做出了一個決定——服務業和金融業足以維持我們的經濟。但事實並非如此。服務業工作薪酬很低。金融業不創造任何有價值的東西，因此無法維持，更不用說提高國民的生活水平了。
製造業的命運在某些方面與我們在物理科學領域的實力息息相關。在20世紀60年代和70年代，國家實驗室開發的高效能計算（HPC）技術進入了製造業，現在它為我們最成功的商業公司背後的大部分創新提供動力。然而，我們也在讓出物理科學領域的領導地位。20世紀90年代取消超導超級對撞機結束了美國在粒子物理學領域的統治地位。美國國家航空航天局（NASA）決定推遲，並可能最終放棄廣域紅外巡天望遠鏡，這可能會對宇宙學產生同樣的影響。
幸運的是，美國在高效能計算領域的領先地位仍然存在。HPC是物理學家用來模擬黑洞動力學、氣象學家用來模擬天氣以及工程師用來模擬燃燒的高階計算技術。這種專業知識也可能是我們拯救美國製造業的最佳機會。如果我們能夠成功地將其交付給小型公司的工程師，它可能會給該行業足夠的推動力，以與海外較低的勞動力成本競爭。
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我們已經知道HPC對大型公司有多麼有用。當波音公司在20世紀80年代製造767飛機時，它在風洞中測試了77個機翼原型。當它在2005年製造787飛機時，只測試了11個。未來，波音公司計劃將這個數字降至3個。它沒有使用物理風洞，而是使用了虛擬風洞——在超級計算機上執行的模擬——節省了大量時間和金錢，並加快了新產品開發的步伐。HPC建模和模擬已成為設計裝配線和製造過程中同樣強大的工具，廣泛應用於各個領域——卡特彼勒、通用電氣、固特異和寶潔等大型製造商都在例行使用它。小型製造商可以從這些工具中獲得類似的好處，前提是他們能夠獲得這些工具。
我最初意識到HPC幫助小型製造商的潛力是在2009年，當時我作為奧巴馬過渡團隊的一員。透過與競爭力委員會合作，我們確定了軟體缺乏、進入成本高和專業知識短缺是小型製造商使用HPC的主要障礙，並提出了政府、製造商和大學之間的合作關係來提供幫助。其結果是國家數字工程和製造聯盟（NDEMC），這是一個由委員會和聯邦政府建立的試點專案。
最近，NDEMC向少數公司提供了HPC資源，包括Jeco塑膠製品公司。這家位於印第安納州普蘭菲爾德的25名員工的公司為汽車零部件包裝生產塑膠托盤。塑膠托盤是鋼製托盤的廉價替代品，鋼製托盤更重且容易生鏽。當Jeco公司生產新產品時，其工程師會構建一個原型，在實驗室中對其進行測試，以檢視其在現場可能遇到的壓力下的承受能力，並重復該過程，直到他們獲得最佳設計。然而，去年12月，Jeco公司的工程師有機會利用普渡大學的專業知識，為一家德國汽車公司設計的托盤開發模擬，並在哥倫布市俄亥俄超級計算中心的硬體上執行這些模擬。結果，Jeco公司完全繞過了反覆試驗的過程，僅用幾個小時的計算機時間就得出了設計。
許多其他小型公司也可以獲得類似的好處。NDEMC的目標是找到將HPC推廣到這些公司的最佳商業模式，並最終在全國範圍內推廣這項工作。今天的小型製造商在某些方面類似於20世紀初的農民，他們中的大多數人不知道等高耕作、輪作和肥料可以為生產力帶來什麼。當美國農業推廣服務機構與贈地大學合作，提供必要的專業知識時，它引發了農業生產力的一場革命。如果我們能夠將超級計算技術交到工程師手中，小型製造商也可能迎來類似的革命。