专题丨我国超算产业发展研究

我国超算产业发展研究

常金凤  李宁东  江畅

（中国信息通信研究院云计算与大数据研究所，北京 100191）

摘要：超级计算是一个国家综合国力的体现，是支撑国家持续发展的关键技术之一，在国民经济建设、科学研究、国防安全中占有重要的战略地位。近年来我国超算产业迎来了飞速发展的阶段，超算逐渐成为促进社会经济可持续发展、产业转型升级和提高人民生活水平的重要手段之一。通过介绍当前国内外超算产业发展现状，指出当前我国超算产业发展价值和主要面临的问题，并从不同方面提出了发展建议。

关键词：超算；超算产业；发展建议

中图分类号：F49         文献标志码：A

引用格式：常金凤, 李宁东, 江畅. 我国超算产业发展研究[J]. 信息通信技术与政策, 2022,48(3):64-68.

DOI：10.12267/j.issn.2096-5931.2022.03.010

0  引言

超级计算，又称高性能计算，是计算科学的重要前沿分支。自20世纪80年代以来，超级计算一直为气象预报、航空航天、海洋模拟、石油勘探、地震预测、材料计算、生物医药等领域提供算力支撑^[1]。随着国内计算创新模式兴起、产业信息化提升、新一代信息技术发展，超算的应用场景及需求越来越多。超算从提供软硬件资源为主逐渐转变为提供算力服务、打造超算应用服务生态为主。超算是我国算力产业链中的重要一环，培育应用场景,支撑应用创新发展^[2]。

1  国外超算产业发展现状

1.1  全球超算市场规模日益扩张

5G、大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术快速发展，多样性算法复杂度的不断提高以及应用场景多元化等因素使得超级计算方案需求不断增加。全球超算产业规模近年来整体呈增长趋势，全球超算产业市场规模在2019年突破275 亿美元。2020年，受全球新冠肺炎疫情影响，部分厂商产品出货有所延迟或因相关预防措施导致减产并暂时关闭工厂，导致超算产业市场规模在2020年下降至239 亿美元左右，降幅约13.4%^[3]。

1.2  全球超算竞争不断掀起新高潮

从2021年11月发布的全球超级计算机TOP 500榜单中各国超级计算机数量来看，中国共有173台超级计算机上榜，上榜数量连续9次位居第一，但数量较上期减少了13台。美国以150台位列第二，比上期增加了27台，中美两国上榜的超级计算机数量占榜单总量的近2/3。TOP 10榜单变化不大，日本的富岳Fugaku第4次封冠，我国最快的超级计算机神威·太湖之光仍是第4名，天河二号仍是第7名。第1~9名与2021年6月发布的TOP 500榜单相同，只有第10名是新进者：微软Azure东2区的Voyager-EUS2。从2021年11月发布的全球超级计算机TOP 500榜单中超算计算机部署厂商份额来看，市场集中度高，排名前5的厂商分别为联想、HPE、浪潮、Atos、曙光，所占总份额为78%。中国的厂商表现优异，联想、浪潮、曙光的入围数量分别达到了180台、50台和36台，在供应商入围数量上分别夺得第1名、第3名和第5名^[4]。

1.3  各国纷纷发力超算

E级超算全球竞争激烈。美国是超算领域的传统强国，在“Strategy for American Innovation”计划中将E级超级计算机列为21世纪最主要的技术挑战。目前，已构建了三大E级超算体系：美国能源部DOE体系、国家科学基金会NSF体系、航空航天体系（国家航空航天局NASA为代表）。近年来，为反超中国超算世界排名第一的位置，美国采取“芯片禁售令”、列入“实体清单”等一系列措施对部分中国超算单位施加压力，以限制中国超算的发展。日本作为工业大国与超算强国，自20世纪80年代中期开始，其自主研发的超级计算机的性能屡创佳绩，目前依托于专业研究机构和高校的E级超级计算机也在抓紧研制中。欧盟在超算软件和应用研究上较有特色，PRACE、DEISA等E级超算研究项目为欧盟超级计算行业发展奠定了坚实的基础。我国高度重视E级超算的开发和研究，国防科技大学、中科曙光和江南计算技术研究所同时获批牵头E级超级计算的原型系统研制项目，形成中国E级超级计算“三头并进”的局面^[5]。

2  国内超算产业发展现状

2.1  我国超算规模不断扩大

经过近十年的快速发展，中国在超算领域的实力已达到世界先进水平。1993年，中国第一台高性能计算机“曙光一号并行机”研制成功，打破了国外IT巨头对我国超算技术的垄断。自此，中国不断加快超级计算机研制步伐。从全球超级计算机TOP 500榜单来看，来自内地的超级计算机制造厂商份额不断提升，逐渐和美国并驾齐驱。截至目前，我国共挂牌8座国家级超算中心，分别位于天津、长沙、济南、广州、深圳、无锡、郑州、昆山。各地方、各行业、各高校也在积极推进高水平超算中心建设，我国超算发展水平正在加速上升中。

2.2  我国超算性能逐年提升

我国超级计算机发展迅速，在自主可控、峰值速度、持续性能、绿色指标等方面不断实现突破。全球高性能计算机TOP 500榜单的榜首位置曾长期被美、日、欧等霸占。但进入21世纪以来，多台来自中国的高性能计算机开始登顶榜首，“神威·太湖之光”与“天河2号”多次夺得冠军^[6]。根据中国计算机学会HPC专业委员会和中科院计算技术研究所统计，2002年我国超级计算机平均性能仅为0.09 TFlop/s^[7]，到2020年已经快速发展到3842 TFlop/s^[8]，增加了4万多倍。根据最新发布的2021中国超级计算机（HPC）性能TOP100榜单^[9]，2021年全部上榜的100台超算系统的平均性能，相比2020年提升79%。2021年的“第一名”超级计算机的性能是2020年的1.34 倍，2021年的“最后一名”的性能是2020年的1.06倍。

2.3  我国超算企业龙头效应显著

在核心技术积累和规模效应叠加等多重因素下，我国超级计算机龙头企业聚集效应明显。2021年发布的中国超级计算机性能TOP 100榜单中^[9]，排名前3的厂商份额合计占上榜系统份额的80%，分别是联想（40 套系统）、浪潮（28 套系统）、中科曙光（12 套系统），但前三强性能占比仅为28%，性能仍有较大进步空间。中国超算要想更上一层楼，中国超级计算机厂商不光在交付能力上要保持领先，更重要的是需要在超级计算机新技术高峰上集聚势能。

3  超算产业发展价值

3.1  超算产业链逐步完善

近年来，我国超算进入快速发展的阶段，以国家级超算中心为主的国内超算平台正在加强寻求可持续性发展，在服务于国家、地方重大应用需求外与用户加强合作，提高应用服务能力，将相关应用的开发经验、成果向行业、产业界横向辐射联结，逐步建设我国完整的超算应用生态环境，打造完整的超算产业链，充分发挥超算产业支撑经济发展的重要作用。在此发展背景下，我国初步形成的超算产业链由上、中、下游构成,上游主要包括硬件资源（计算、存储、网络等）、软件资源（基础软件、应用软件等）、配套基础设施资源（配电、制冷等），中游是对上游的资源进行整合，提供强大的超算资源并为相关需求行业提供超算服务及解决方案，下游是应用层，包括超算衍生产业和重点应用领域（见图1）。

本文刊于《信息通信技术与政策》2022年 第3期

主办：中国信息通信研究院