什么是超級計算機？我國超級計算機的應用領域有哪些

• 吳智聰 2023年3月8日 來源：互聯網 319 13
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超級計算機概念

高性能計算機HPC，又稱超級計算機)主要被用來解決其他計算機解決不了的挑戰性問題，通常指具有極快運算速 度、極大存儲容量、極高通信帶寬的一類計算機。超級計算被視為計算機科學與工程的“皇冠”，各國近年來均頻繁從國家層面啟動研制計劃。

超級計算機可以對所研究的對象進行數值模擬和動態顯示, 從而獲得實驗很難甚至無法得到的結果。例如, 可應用在預測氣候變化, 預報惡劣天氣, 理解基因功能, 以及模擬核爆炸過程, 甚至模擬宇宙演化過程等領域中。超級計算機的發展使得計算科學成為人類認識和改造世界的新的方法和途徑。

超級計算是計算機科學與工程的“皇冠”。超級計算是計算機技術的源頭之一。互聯網產業依賴的數據中心的核心技術，諸如 Hadoop等并行編程工具和 RDMA 等遠程通信技術大多脫胎于此。因此，超級計算機被視為計算機科學與工程的“皇冠”。

不斷發展的超算技術，可以支撐重大科學領域的技術研究，也可推動新興科技領域的應用創新，發揮著引領國家科技進步的關鍵作用。多年來，超算技術廣泛應用于航天航空、電磁計算、海洋模式、醫學影像、材料基因等重大科學研究和國計民生領域，為國家的基礎科學研究和相關領域的技術攻關作出重要貢獻。隨著更多的現實應用從基于數據的模擬與仿真，走向基于算法的挖掘和訓練，大數據、人工智能等新興技術正在與超算技術融合。超算逐漸成為支撐信息化發展的算力基礎設施和城市及重點行業的算力大腦。

我國超級計算機的應用領域有哪些

我國超級計算機的應用領域逐漸拓寬，從國家安全、核武器研制、氣象預報、石油勘探這樣的國家戰略領域，拓展到互聯網、大數據、人工智能、基因測序、影視制作、金融等領域，惠及各個不同的行業，越來越貼近國民經濟生活。

當前全球競爭中，來自中國超算的聲音早就不容忽視了。中國在需求方面的增長都是顯著的，中國的企業也被公認為提供高性能計算機技術的頂級領導者，而全球范圍內最引人注目的超級計算和大規模部署(TOP500榜單)都在中國。

調研顯示，中國超級計算機總算力占比為32.3%排名第二。從總算力上看，美國超算占比為37.1%，中國超算占比為32.3%;半年前，美國超算占比為38.4%，中國超級計算機占比為29.9%。

2021年，世界500強超級計算機名單中，中國超級計算機有186臺，美國超級計算機有123臺。從超級計算機算力來看，美國超級計算機算力856.8Pflop/s，中國超級計算機只有445.3Pflop/s，從超級計算機制造商來看，聯想現在是全球最大的超級計算機制造商。

超級計算機主要特點包含兩個方面：極大的數據存儲容量和極快速的數據處理速度，因此它可以在多種領域進行一些人們或者普通計算機無法進行的工作。超級計算機是指能夠執行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。就超級計算機和普通計算機的組成而言，構成組件基本相同，但在性能和規模方面卻有差異。

超級計算機是各國競相角逐的科技制高點，也是國家綜合科技實力的體現。超級計算機主要用途包括模擬核試驗、處理衛星圖片、解密碼等，應用領域已經覆蓋了互聯網大數據、工程計算、工業仿真、氣象海洋、生命科學、石油物探等。由于很多情況不能實測，只能模擬，超級計算機在飛行器設計等領域更是起到至關重要的作用。

超級計算機行業發展現狀

經過幾十年的發展，我國超算取得了一定的成績，但仍面臨著不小挑戰。一是技術異構帶來的適配問題逐漸顯現。不同的芯片架構確保了超算的實施路徑冗余，但隨著各類應用的深入發展，也帶來了軟件適配的難題。模型、算法和芯片之間需要做二次適配，導致應用軟件移植很難實現。二是智算中心帶來的沖擊日漸劇烈。

2020 年以來，十四五和新基建驅動我國超級計算中心建設進入高速增長期，多地地方政府和企事業單位都在積極建設和籌建超級計算中心。

在中國多次上榜全球超級計算TOP500 后，美國自 2015 年起將多所中國超級計算相關機構或企業列入實體清單，包括國防科大、無錫江南計算技術研究所、曙光、申威等。而我國超級計算整體實力和美國相比仍然有較大差距。

從 2021 年 11 月中國超級計算機 TOP100 中的行業應用領域 Linpack 性能份額來看，算力服務、超級計算中心、人工智能、科學計算等領域是超級計算的主要用戶，互聯網大數據特別是 AI 領域增長強勁。

據中研產業研究院《2022-2027年超級計算機市場投資前景分析及供需格局研究預測報告》分析：

十四五和新基建驅動超級計算進入快速增長期。我國高性能計算中心建設主要通過部省(市)合作協議確立超級計算中心的建設計劃，國家科技部代表國家科技戰略對主機性能設定目標。地方政府希望超級計算中心能成為區域科技發展的功能載體，為其聚集人才、創新科技并推動經濟發展。

2021 年 3 月，我國“十四五規劃”中明確提出，要“加快構建全國一體化大數據中心體系AZ，強化算力統籌智能調度，建設若干國家樞紐節點和大數據中心集群，建設 E 級和 10E 級超級計算中心?！备鶕巹?，合肥、蘭 州、廈門、太原等地多地都將陸續建立超級計算中心。

近年來，美國、歐盟、日本等國家和地區正加速推動E級(每秒可進行百億億次數學運算)計算性能目標的實現和優化。中國也高度重視E級超算的開發和研究，并已經研制成功多臺E級原型機。與國外相比，中國超算的特點和優勢主要體現在計算性能、自主研發和綠色節能等方面。

隨著人工智能需求的興起，2019年至今，全國建設了20多個智算中心，對超算的發展帶來較大沖擊。超算和智算中心如何實現差異化發展，是行業面臨的重要問題。三是商業模式帶來的挑戰漸成現實。國家對超算的扶持性政策弱化之后，超算中心如何走出一條自負盈虧、甚至略有盈余的可持續發展道路，是擺在運營者面前的現實問題。

未來超級計算機方向發展分析

由于超級計算機的計算成本越來越低，且測序儀越來越快，基因測序的價格在快速地下降，從過去的每人每次幾十萬元，到現在的每人每次幾千元。

未來，超級計算與容器云的融合，也將成為新產品。此類高性能云擁有四大優勢，包括：容器化。也就是具備微服務架構，快速部署服務滿足企業云需求，輕量級和松耦合，更加高效與快捷;可視化編程。

簡化了創建、管理、運維應用服務的門檻，支持標準化的可視化編排模板導入導出，畫圖即創建;流水線。代碼提交即部署，自動化管理降低過程復雜性，持續集成、持續發布和持續部署;彈性伸縮。動態調整應用部署規模，無需人為干預，提高服務擴展的自動化，根據閾值實時收縮，節省資源。

制造世界上最快的國家級超級計算機是了不起的技術成就，但將超算技術推進產業應用也非常關鍵。聯想作為一家商業公司，在幫助用戶“挖掘算力潛力”上堪稱極致。未來計算機系統集成會逐漸朝向分布式網絡集成方向發展，企業未來發展關鍵則是企業級系統集成。未來計算機系統集成會在電商領域中得到更好的應用，推動電商平臺的整合。

想要了解更多超級計算機行業詳情分析，可以點擊查看中研普華研究報告《2022-2027年超級計算機市場投資前景分析及供需格局研究預測報告》。

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