美国曾经是制造业强国。在过去的四分之一个世纪里，我们放弃了这一领导地位，很大程度上是因为我们有意识或无意识地做出了一个决定——服务业和金融业足以维持我们的经济。但事实并非如此。服务业工作薪酬很低。金融业不创造任何有价值的东西，因此无法维持，更不用说提高国民的生活水平了。
制造业的命运在某些方面与我们在物理科学领域的实力息息相关。在20世纪60年代和70年代，国家实验室开发的高性能计算（HPC）技术进入了制造业，现在它为我们最成功的商业公司背后的大部分创新提供动力。然而，我们也在让出物理科学领域的领导地位。20世纪90年代取消超导超级对撞机结束了美国在粒子物理学领域的统治地位。美国国家航空航天局（NASA）决定推迟，并可能最终放弃广域红外巡天望远镜，这可能会对宇宙学产生同样的影响。
幸运的是，美国在高性能计算领域的领先地位仍然存在。HPC是物理学家用来模拟黑洞动力学、气象学家用来模拟天气以及工程师用来模拟燃烧的高级计算技术。这种专业知识也可能是我们拯救美国制造业的最佳机会。如果我们能够成功地将其交付给小型公司的工程师，它可能会给该行业足够的推动力，以与海外较低的劳动力成本竞争。
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我们已经知道HPC对大型公司有多么有用。当波音公司在20世纪80年代制造767飞机时，它在风洞中测试了77个机翼原型。当它在2005年制造787飞机时，只测试了11个。未来，波音公司计划将这个数字降至3个。它没有使用物理风洞，而是使用了虚拟风洞——在超级计算机上运行的模拟——节省了大量时间和金钱，并加快了新产品开发的步伐。HPC建模和仿真已成为设计装配线和制造过程中同样强大的工具，广泛应用于各个领域——卡特彼勒、通用电气、固特异和宝洁等大型制造商都在例行使用它。小型制造商可以从这些工具中获得类似的好处，前提是他们能够获得这些工具。
我最初意识到HPC帮助小型制造商的潜力是在2009年，当时我作为奥巴马过渡团队的一员。通过与竞争力委员会合作，我们确定了软件缺乏、进入成本高和专业知识短缺是小型制造商使用HPC的主要障碍，并提出了政府、制造商和大学之间的合作关系来提供帮助。其结果是国家数字工程和制造联盟（NDEMC），这是一个由委员会和联邦政府创建的试点项目。
最近，NDEMC向少数公司提供了HPC资源，包括Jeco塑料制品公司。这家位于印第安纳州普兰菲尔德的25名员工的公司为汽车零部件包装生产塑料托盘。塑料托盘是钢制托盘的廉价替代品，钢制托盘更重且容易生锈。当Jeco公司生产新产品时，其工程师会构建一个原型，在实验室中对其进行测试，以查看其在现场可能遇到的压力下的承受能力，并重复该过程，直到他们获得最佳设计。然而，去年12月，Jeco公司的工程师有机会利用普渡大学的专业知识，为一家德国汽车公司设计的托盘开发模拟，并在哥伦布市俄亥俄超级计算中心的硬件上运行这些模拟。结果，Jeco公司完全绕过了反复试验的过程，仅用几个小时的计算机时间就得出了设计。
许多其他小型公司也可以获得类似的好处。NDEMC的目标是找到将HPC推广到这些公司的最佳商业模式，并最终在全国范围内推广这项工作。今天的小型制造商在某些方面类似于20世纪初的农民，他们中的大多数人不知道等高耕作、轮作和肥料可以为生产力带来什么。当美国农业推广服务机构与赠地大学合作，提供必要的专业知识时，它引发了农业生产力的一场革命。如果我们能够将超级计算技术交到工程师手中，小型制造商也可能迎来类似的革命。