什么是超级计算机？我国超级计算机的应用领域有哪些

• 吴智聪 2023年3月8日 来源：互联网 319 13
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超级计算机概念

高性能计算机HPC，又称超级计算机)主要被用来解决其他计算机解决不了的挑战性问题，通常指具有极快运算速 度、极大存储容量、极高通信带宽的一类计算机。超级计算被视为计算机科学与工程的“皇冠”，各国近年来均频繁从国家层面启动研制计划。

超级计算机可以对所研究的对象进行数值模拟和动态显示, 从而获得实验很难甚至无法得到的结果。例如, 可应用在预测气候变化, 预报恶劣天气, 理解基因功能, 以及模拟核爆炸过程, 甚至模拟宇宙演化过程等领域中。超级计算机的发展使得计算科学成为人类认识和改造世界的新的方法和途径。

超级计算是计算机科学与工程的“皇冠”。超级计算是计算机技术的源头之一。互联网产业依赖的数据中心的核心技术，诸如 Hadoop等并行编程工具和 RDMA 等远程通信技术大多脱胎于此。因此，超级计算机被视为计算机科学与工程的“皇冠”。

不断发展的超算技术，可以支撑重大科学领域的技术研究，也可推动新兴科技领域的应用创新，发挥着引领国家科技进步的关键作用。多年来，超算技术广泛应用于航天航空、电磁计算、海洋模式、医学影像、材料基因等重大科学研究和国计民生领域，为国家的基础科学研究和相关领域的技术攻关作出重要贡献。随着更多的现实应用从基于数据的模拟与仿真，走向基于算法的挖掘和训练，大数据、人工智能等新兴技术正在与超算技术融合。超算逐渐成为支撑信息化发展的算力基础设施和城市及重点行业的算力大脑。

我国超级计算机的应用领域有哪些

我国超级计算机的应用领域逐渐拓宽，从国家安全、核武器研制、气象预报、石油勘探这样的国家战略领域，拓展到互联网、大数据、人工智能、基因测序、影视制作、金融等领域，惠及各个不同的行业，越来越贴近国民经济生活。

当前全球竞争中，来自中国超算的声音早就不容忽视了。中国在需求方面的增长都是显著的，中国的企业也被公认为提供高性能计算机技术的顶级领导者，而全球范围内最引人注目的超级计算和大规模部署(TOP500榜单)都在中国。

调研显示，中国超级计算机总算力占比为32.3%排名第二。从总算力上看，美国超算占比为37.1%，中国超算占比为32.3%;半年前，美国超算占比为38.4%，中国超级计算机占比为29.9%。

2021年，世界500强超级计算机名单中，中国超级计算机有186台，美国超级计算机有123台。从超级计算机算力来看，美国超级计算机算力856.8Pflop/s，中国超级计算机只有445.3Pflop/s，从超级计算机制造商来看，联想现在是全球最大的超级计算机制造商。

超级计算机主要特点包含两个方面：极大的数据存储容量和极快速的数据处理速度，因此它可以在多种领域进行一些人们或者普通计算机无法进行的工作。超级计算机是指能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的电脑。就超级计算机和普通计算机的组成而言，构成组件基本相同，但在性能和规模方面却有差异。

超级计算机是各国竞相角逐的科技制高点，也是国家综合科技实力的体现。超级计算机主要用途包括模拟核试验、处理卫星图片、解密码等，应用领域已经覆盖了互联网大数据、工程计算、工业仿真、气象海洋、生命科学、石油物探等。由于很多情况不能实测，只能模拟，超级计算机在飞行器设计等领域更是起到至关重要的作用。

超级计算机行业发展现状

经过几十年的发展，我国超算取得了一定的成绩，但仍面临着不小挑战。一是技术异构带来的适配问题逐渐显现。不同的芯片架构确保了超算的实施路径冗余，但随着各类应用的深入发展，也带来了软件适配的难题。模型、算法和芯片之间需要做二次适配，导致应用软件移植很难实现。二是智算中心带来的冲击日渐剧烈。

2020 年以来，十四五和新基建驱动我国超级计算中心建设进入高速增长期，多地地方政府和企事业单位都在积极建设和筹建超级计算中心。

在中国多次上榜全球超级计算TOP500 后，美国自 2015 年起将多所中国超级计算相关机构或企业列入实体清单，包括国防科大、无锡江南计算技术研究所、曙光、申威等。而我国超级计算整体实力和美国相比仍然有较大差距。

从 2021 年 11 月中国超级计算机 TOP100 中的行业应用领域 Linpack 性能份额来看，算力服务、超级计算中心、人工智能、科学计算等领域是超级计算的主要用户，互联网大数据特别是 AI 领域增长强劲。

据中研产业研究院《2022-2027年超级计算机市场投资前景分析及供需格局研究预测报告》分析：

十四五和新基建驱动超级计算进入快速增长期。我国高性能计算中心建设主要通过部省(市)合作协议确立超级计算中心的建设计划，国家科技部代表国家科技战略对主机性能设定目标。地方政府希望超级计算中心能成为区域科技发展的功能载体，为其聚集人才、创新科技并推动经济发展。

2021 年 3 月，我国“十四五规划”中明确提出，要“加快构建全国一体化大数据中心体系AZ，强化算力统筹智能调度，建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群，建设 E 级和 10E 级超级计算中心。”根据规划，合肥、兰 州、厦门、太原等地多地都将陆续建立超级计算中心。

近年来，美国、欧盟、日本等国家和地区正加速推动E级(每秒可进行百亿亿次数学运算)计算性能目标的实现和优化。中国也高度重视E级超算的开发和研究，并已经研制成功多台E级原型机。与国外相比，中国超算的特点和优势主要体现在计算性能、自主研发和绿色节能等方面。

随着人工智能需求的兴起，2019年至今，全国建设了20多个智算中心，对超算的发展带来较大冲击。超算和智算中心如何实现差异化发展，是行业面临的重要问题。三是商业模式带来的挑战渐成现实。国家对超算的扶持性政策弱化之后，超算中心如何走出一条自负盈亏、甚至略有盈余的可持续发展道路，是摆在运营者面前的现实问题。

未来超级计算机方向发展分析

由于超级计算机的计算成本越来越低，且测序仪越来越快，基因测序的价格在快速地下降，从过去的每人每次几十万元，到现在的每人每次几千元。

未来，超级计算与容器云的融合，也将成为新产品。此类高性能云拥有四大优势，包括：容器化。也就是具备微服务架构，快速部署服务满足企业云需求，轻量级和松耦合，更加高效与快捷;可视化编程。

简化了创建、管理、运维应用服务的门槛，支持标准化的可视化编排模板导入导出，画图即创建;流水线。代码提交即部署，自动化管理降低过程复杂性，持续集成、持续发布和持续部署;弹性伸缩。动态调整应用部署规模，无需人为干预，提高服务扩展的自动化，根据阈值实时收缩，节省资源。

制造世界上最快的国家级超级计算机是了不起的技术成就，但将超算技术推进产业应用也非常关键。联想作为一家商业公司，在帮助用户“挖掘算力潜力”上堪称极致。未来计算机系统集成会逐渐朝向分布式网络集成方向发展，企业未来发展关键则是企业级系统集成。未来计算机系统集成会在电商领域中得到更好的应用，推动电商平台的整合。

想要了解更多超级计算机行业详情分析，可以点击查看中研普华研究报告《2022-2027年超级计算机市场投资前景分析及供需格局研究预测报告》。

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