本文系弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，简称：沙利文）《超算服务行业系列研究》首篇分析，旨在在中国数字产业保持高度创新且不断突破的背景下，为读者带来最新的行业洞察和分享最创新的行业实践。“超算系列”研究将从我国高性能计算角度，通过对市场现状、市场驱动、典型案例、创新实践等一系列研究，对中国超算服务、超算云服务进行细致分析。

超级计算的概念

超级计算，也称之为高性能计算，指的是利用并行工作的多台计算机系统的集中式计算资源，处理极端复杂的或数据密集型的问题。超级计算具备极强的计算能力，其浮点运算速度能够达到千万亿次每秒。超级计算作为国家科技发展的重要制高点之一，不仅是国家的科技实力的体现，更是国家高精尖技术发展的重要保障。

超算的分类

超算行业通过提供高性能的计算能力，赋能数据回收与分析、数据模拟等场景，从服务场景看，传统超算行业围绕气象海洋、地质勘探、工业仿真、物理模拟等为主，服务对象多以高等院校、科技研究所、政府主导的科技工程项目为主，随着互联网、大数据、物联网时代的到来，越来越多的企业对数据分析的需求越来越强。面对海量的数据分析和处理需求，一般性的计算机、服务器已经无法胜任技术要求，例如多媒体渲染、分子模型模拟、碰撞实验等。未来，在科技的赋能下，越来越多的企业服务场景将面临显著的高性能计算服务需求。超算服务将在社会经济、科技发展的带动下，进入新的蓬勃发展期。

由此，从算力资源的需求看，沙利文将高性能计算分为尖端超算、通用超算、业务超算和人工智能超算四大类。

中国超算的发展历程：我国不断取得技术创新，超算发展处于全球领先水平

2005年之前：探索期

随着“十五”期间国家对高性能计算方向的支持，联想集团成功研制了深腾6800超级计算机系统，系统运算峰值达到了每秒5.3万亿次浮点运算，处于当时的世界领先水平，大大超过了863的专项规定指标。

2006年至2015年：成长期

在成长期阶段，我国不断加速对高性能计算机的研制工作，2010年5月，曙光6000成功研制，2010年8月，“天河一号”系统成功研制，在当时全球超级计算机排名中，“天河一号”以峰值速度每秒4700万亿次、持续速度每秒2566万亿次，夺得世界第一。此后，“神威蓝光”、“天河二号”等更多超级计算机不断被推出，截至2015年年底，国家高性能计算环境包含15个节点单位资源，聚合计算资源超过12PFLops，聚合存储资源34PB。

2016年至2021年：成熟期

在此期间，我国持续加快建设超算中心的建设，依托自主可控的技术，不断建设我国的超级计算的生态，面向用户提供更加便捷的高性能计算服务。此外中国还鼓励各类超算中心加入到环境共享计算资源中来，促进产生更多的行业应用成果。截至2021年年底，中国目前已经有9座国家级超算中心,分别位于天津、长沙、济南、广州、无锡、深圳、郑州、成都和昆山。

2021年之后：创新期

未来在创新期阶段，随着5G通信技术的进一步发展，人工智能、云技术、大数据、区块链等新兴技术的快速应用，超算服务将融合更多新兴技术和产业，实现服务的进一步升级。在与新兴技术融合下的超算服务，能够以更加灵活、强大、便捷的模式服务更多潜在客户，尤其是企业客户及高校客户等。

“东数西算”将加快我国超算行业的发展，促使超算行业展现出更大的社会价值

01“东数西算”的背景

2022年2月17日，国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计标志着“东数西算”工程正式启动。从具体建设目标看，“东数西算” 工程通过构建数据中心、云服务等一体化的新型高性能算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。

02 “东数西算”的目标与社会使命

从产业层面上看，“东数西算”有四大社会使命，分别是中国整体算力规模的提升、绿色产业的推进、拉动产业投资与发展和协调区域共同发展，实现共同富裕。

整体算力的提升

通过全国一体化的数据中心布局建设，扩大算力设施规模，提高算力使用效率，实现全国算力规模化集约化发展。

绿色产业的推进

国家通过加大数据中心在西部布局，将大幅提升绿色能源使用比例，就近消纳西部绿色能源，同时通过技术创新、以大换小、低碳发展等措施，持续优化数据中心能源使用效率。

协调区域发展，促进共同富裕

“东数西算”通过算力设施由东向西布局，将带动相关产业有效转移，促进东西部数据流通、价值传递，延展东部发展空间，推进西部大开发形成新格局，加快实现我国共同富裕的社会目标。

03 “东数西算”对超算行业的促进

“东数西算”对超算行业有着直接的积极推动作用，主要体现在进一步驱动第三方专业的发展和对独立超算服务商的业务支持。

当前我国的高等院校、研究所每年都会以自建的模式进行内部的微型、小型高性能计算环境的建设，在此背景下，自建模式往往存在着以下痛点：一是自建模式的经济性显著低于采用第三方专业服务，自建需要大量的前期投入和后期维护，进一步造成经费的不必要使用；二是自建类型的超算中心往往造成社会资源的浪费，相比“东数西算”模式下全国一体化的布局与资源调配模式，自建类型的高性能计算实验室往往不具备集约式管理下的高运行效率，由此造成不必要的社会资源浪费。未来在“东数西算”的不断建设下，未来我国自建模式的超算服务投入比例将不断减小，依靠专业的第三方超算服务比例将显著增加。

未来，随着此类用户对第三方专业超算服务的认可度增加，以计算性能优先的独立超算服务商将成为其优先考虑选择对象，独立超算服务商将迎来新的发展契机。

超算的应用场景：大数据时代下，超算需求已经渗透进各行各业

地质勘探

当前能源地质勘探技术已经步入大数据时代，为了确保勘探结果的准确与效率，地质勘探服务商通常需要分析、模拟出地下数千米的物理构造和地质组成。此外，随着“宽方位、宽频带、高密度”勘探技术的普及，每次地质勘探的测量都会产生TB级，乃至PB级的数据量，面对如此海量的测量数据，还需要进行进一步的计算与模拟，提供可解读的地质勘探结果。高性能计算成为提高地质勘探结果的核心途径解决方案之一。

气象、海洋监测与预警

高性能计算能够根据流体的物理特性，结合科学的流体建模公式，包括热力学、流体力学、大气化学等维度，在高性能计算中求解出未来一段时间内的流体运动状态，从而达到监测、预警的效果。另一方面，在获取流体物流特性时，往往需要雷达观测、卫星观测等多维信息获取渠道，从而带来海量的信息调用、信息分析与处理、信息建模的计算需求。此场景下，只有通过超级计算，才能够保证数据处理的准确性和时效性。

生物信息与生命科学

以分子模型分析为例，生物信息建模往往涉及到海量的分子匹配测试和与之对应的模型计算，与此类似的还有基因测序、药物筛选等。面对海量的计算需求和数据存储、调用需求，只有高性能计算服务才能满足此类需求。

富媒体渲染

从技术角度看，富媒体渲染涉及到海量的数据获取、分析与处理，此外典型的富媒体渲染场景都具有一定的时效性，运用高性能计算服务才能保证相关的商业任务能够准时交付，从而实现最大的商业价值。与生物信息类似，富媒体渲染也更加欢迎具备高弹性的超算服务，原因在于各次渲染的计算资源调用存在一定差异，企业往往需要平衡商业回报和制作成本的关系。

工业仿真

以汽车机械为例，仿真体系能够辅助企业在车型研发时的空气动力学分析与预测、车体结构的刚强度分析、碰撞分析等，仿真结果能够帮助工程师进行各个流程、子项目的优化和设计升级。在仿真体系中，往往需要输入大量的设计参数，配合智能算法，实现仿真结果的精准展示。与汽车机械类似的还有船舶设计、电子芯片仿真等多个制造业场景。

超算服务的玩家分析：超算中心是主角，独立超算云服务商和互联网云超算服务商积极进场

超算服务的“主角”仍然是以国家牵头的超算中心为主，追求极致的计算性能，为科研院所、高等院校等提供充足的算力保障，另一方面，随着超算服务在互联网应用、工业赋能领域的应用，独立超算云服务商和互联网云超算服务商已经积极进场，通过平衡机器算力与商业实际需求的配比，实现超算服务的商业化实践。

相比传统超算中心，独立超算云服务商和互联网云超算服务商拥有更强的服务定制化能力和产品设计概念，迎合了广大的行业超算的商业需求，积极推动了社会力量对超算行业的探索与与模式创新。

超算服务的客户分析：相比研究所、高等院校，企业需求市场空间巨大，超算云订阅服务模式趋势明显

研究所：以尖端超算为主，需求场景以创新研发、验证为主，年超算投入预算从数万元至千万元不等，但偏好硬件服务，且定制化需求高。

高等院校：以通用超算为主，需求场景包括理工科建模仿真、理论验证、课题研究等，头部院校的计算资源投入经费往往超过千万元，主要以计算设备采购与升级为主，云模式下的计算资源为辅。

企业客户：以业务高性能计算为主，需求场景包括业务优化、研发优化等，企业对超算服务的需求与目的非常明确，集中在优化业务流程、成本，实现商业成功。企业通常有内部的仿真研究部门或者计算优化部门，对超算服务的需求集中在资源需求为主，整体系统的定制化要求低。

从市场规模看，由于收费模式的优势，企业超算的商业化需求最大，2021年已经达到了121亿元，占比超过50%。

中国超算服务的未来发展趋势

政府持续支持超算行业的建设与发展

虽然中国的超算服务市场经历了快速增长与发展，但是当前的超算资源仍然不够满足下游的超算服务需求。随着我国“新基建”部署的持续推进，越来越多的高校科研实验室、企业和研究所将面临更旺盛的高性能计算服务的需求。为了满足于此爆发式的增长需求，政府将持续加大超算资源的建设和生态系统的联通，为计算资源和计算服务的互联互通提供坚实的基础。

超算云渗透率不断提升，市场规模快速增长

云服务具备快速部署、灵活调度和弹性应用等显著优势，越来越多的科研工作者在体会到云服务的便利性之后，希望尽快从传统的自建计算系统中解脱出来，实现更加优质的超算服务体验。在超算细分场景下，云服务能够大大避免传统自建超算中心的资金投入大、采购周期长、维护难度高、资源更新慢等痛点，超算云的渗透率将从下游客户数量和下游客户业务采购量两维度，实现“双轮驱动”，快速增长。