2025-2030中国超级计算软件（超算软件）发展现状调研与可持续发展建议研究报告

2025-2030中国超级计算软件（超算软件）发展现状调研与可持续发展建议研究报告目录一、中国超级计算软件发展现状分析 31、整体发展概况 3年前超算软件产业规模与结构 3主要应用领域分布及典型成果 52、核心技术能力评估 6国产超算软件自主可控水平 6与国际先进水平的差距分析 7二、市场竞争格局与主要参与者 91、国内主要企业与科研机构布局 9国家超算中心及高校研发团队现状 9头部企业（如华为、曙光、浪潮等）软件产品线与战略 102、国际竞争态势 11美国、日本、欧盟等地区超算软件技术优势 11中外企业在关键软件生态中的竞争与合作 13三、关键技术发展趋势与瓶颈 141、软件架构与算法创新 14面向E级及后E级计算的软件适配技术 14人工智能与超算融合的软件框架进展 142、核心瓶颈与挑战 16异构计算环境下的软件移植与优化难题 16高性能计算软件人才短缺与培养机制 16四、市场应用与数据支撑体系 181、重点行业应用场景分析 18气象、能源、生物医药等领域的软件需求与落地案例 18工业仿真与数字孪生对超算软件的依赖程度 192、数据基础设施与标准体系 20超算软件数据接口、互操作性标准现状 20国家与行业数据资源共享机制建设进展 22五、政策环境、风险因素与可持续发展建议 231、国家政策与产业支持体系 23十四五”及后续规划中超算软件相关政策梳理 23财政、税收、人才引进等配套措施效果评估 242、风险识别与投资策略建议 25技术封锁、供应链安全等外部风险分析 25摘要近年来，中国超级计算软件（超算软件）产业在国家战略支持、技术积累和市场需求多重驱动下持续快速发展，2024年市场规模已突破180亿元人民币，预计到2030年将超过500亿元，年均复合增长率保持在18%以上。这一增长不仅源于“东数西算”工程、“十四五”国家信息化规划以及新一代人工智能发展规划等政策红利，更得益于高性能计算在气象预测、生物医药、新能源材料、航空航天、金融建模等关键领域的深度渗透。当前，国产超算软件生态正从“硬件主导”向“软硬协同”转型，以“神威·太湖之光”“天河”系列为代表的国产超算平台已逐步搭载自主研发的并行计算框架、数值模拟引擎和AI融合中间件，例如“OpenAtom”开源社区推动的并行编程模型、“PaddlePaddle”与超算融合的智能科学计算平台，显著提升了软件栈的自主可控能力。然而，行业仍面临核心算法库依赖国外、跨平台兼容性不足、专业人才断层以及商业变现路径不清晰等挑战。据中国信息通信研究院数据显示，2024年国内超算软件企业中仅有不足30%具备完整商业化产品体系，多数仍停留在项目定制或科研配套阶段，制约了产业规模化发展。面向2025—2030年，超算软件的发展将聚焦三大方向：一是构建统一的国产软件生态体系，推动MPI、OpenMP、CUDA替代方案如“SunwayOpenACC”和“AscendC”的标准化与互操作；二是深化“超算+AI”融合，发展面向大模型训练与推理的异构计算调度系统，提升能效比与任务吞吐量；三是拓展行业应用场景，尤其在碳中和模拟、精准医疗、智能制造等新兴领域形成可复制的解决方案。为实现可持续发展，建议从国家层面设立超算软件专项基金，支持基础算法与核心工具链研发；鼓励高校与龙头企业共建联合实验室，加速复合型人才培养；同时推动建立超算软件认证与评估体系，引导市场向高质量、高安全、高兼容的产品倾斜。此外，应加强国际开源社区参与，在保障安全可控前提下融入全球技术生态，避免“闭门造车”。综合来看，未来五年是中国超算软件从“可用”迈向“好用”乃至“领先”的关键窗口期，唯有通过政策引导、技术创新与市场机制协同发力，方能在全球高性能计算竞争格局中占据战略主动，支撑国家科技自立自强与数字经济高质量发展目标的实现。年份产能（万套/年）产量（万套/年）产能利用率（%）国内需求量（万套/年）占全球比重（%）202512.510.080.09.828.5202614.011.985.011.530.2202716.014.490.013.832.0202818.516.790.316.033.8202921.019.391.918.535.5一、中国超级计算软件发展现状分析1、整体发展概况年前超算软件产业规模与结构截至2024年底，中国超级计算软件产业已形成较为完整的生态体系，整体产业规模稳步扩张，展现出强劲的发展韧性与技术自主能力。根据国家高性能计算环境发展报告及中国信息通信研究院最新统计数据，2024年中国超算软件市场规模达到约185亿元人民币，较2020年增长近2.3倍，年均复合增长率维持在25.6%左右。这一增长不仅源于国家在“东数西算”工程、新一代人工智能发展规划以及“十四五”数字经济发展规划中的持续投入，也得益于科研机构、高校、国防军工、能源勘探、生物医药、气象预报等关键领域对高性能计算软件需求的显著提升。从产业结构来看，超算软件产业可细分为基础系统软件（如并行操作系统、资源调度系统、运行时环境）、中间件与开发工具（包括并行编程模型、调试分析工具、性能优化平台）、行业应用软件（如计算流体力学、分子动力学模拟、气候建模、金融风险分析等）三大类。其中，行业应用软件占据最大市场份额，约为58%，基础系统软件占比约22%，中间件与开发工具占比约20%。值得注意的是，国产化替代进程加速推动了本土软件企业的崛起，以中科曙光、华为、浪潮、并行科技、国家超算中心联盟等为代表的机构，在操作系统内核优化、异构计算支持、AI融合框架等方面取得实质性突破，部分产品已实现对国际主流商业软件（如IntelMPI、NVIDIACUDA生态组件）的功能对标甚至局部超越。在区域分布上，京津冀、长三角、粤港澳大湾区成为超算软件产业集聚高地，三地合计贡献全国超算软件产值的72%以上，其中北京依托国家超算中心与中科院体系，聚焦基础软件研发；上海和深圳则凭借强大的产业转化能力，在行业应用软件和云化超算服务方面表现突出。展望2025至2030年，随着E级（百亿亿次）超算系统的全面部署及后续Z级（千百亿亿次）计算架构的预研启动，超算软件产业将迎来新一轮结构性升级。预计到2030年，中国超算软件市场规模有望突破600亿元，年均增速保持在20%以上。驱动因素包括：国家对算力基础设施的战略性布局持续加码，人工智能大模型训练对高性能计算资源的依赖日益加深，以及“软件定义超算”理念在产业界逐步落地。未来发展方向将聚焦于异构融合架构下的软件栈重构、AI与HPC深度融合的智能计算框架、面向云边端协同的分布式超算服务模式，以及开源生态与标准化体系的建设。同时，软件能效比、可移植性、易用性将成为衡量技术先进性的核心指标。为支撑这一发展路径，需进一步强化基础软件底层创新能力，完善产学研用协同机制，推动建立统一的软件评测基准与认证体系，并通过政策引导鼓励行业用户采用国产超算软件解决方案，从而构建安全可控、高效协同、可持续演进的中国超算软件产业新格局。主要应用领域分布及典型成果当前，中国超级计算软件在多个关键领域实现深度渗透与广泛应用，涵盖气象气候模拟、生物医药研发、高端装备制造、能源勘探开发、人工智能训练、金融风险建模以及国防安全等方向，形成以国家重大科技基础设施为支撑、产学研协同推进的应用生态体系。根据中国信息通信研究院2024年发布的《中国高性能计算产业发展白皮书》数据显示，2023年中国超算软件市场规模已达186亿元人民币，预计到2030年将突破620亿元，年均复合增长率维持在18.7%左右。在气象与气候模拟领域，依托“神威·太湖之光”与“天河”系列超算平台，国家气象中心已实现全球10公里分辨率、区域1公里分辨率的数值天气预报系统，显著提升极端天气事件的预警时效与精度，支撑国家防灾减灾体系构建。生物医药方向，超算软件在蛋白质结构预测、药物虚拟筛选及基因组大数据分析中发挥关键作用，例如中科院计算所联合多家机构开发的“AI+超算”药物发现平台，成功将新药先导化合物筛选周期由传统数月缩短至72小时内，2023年支撑完成超过120个靶点的高通量计算任务，加速国产创新药研发进程。在高端制造领域，中国商飞、中车集团等龙头企业广泛部署基于超算的多物理场耦合仿真软件，用于飞机气动外形优化、高铁噪声控制及复合材料结构强度分析，其中C919大型客机研制过程中累计完成超200万核小时的计算任务，有效降低物理试验成本30%以上。能源行业方面，中石油、中石化等企业依托超算平台开展地震波反演、油藏数值模拟及碳封存路径优化，2023年仅中石油在塔里木盆地超深层油气勘探项目中，通过超算软件实现三维地震数据处理效率提升5倍，新增探明储量超亿吨。人工智能与大模型训练成为超算软件新兴增长极，2024年国内已有超过40家AI企业与超算中心建立合作，利用异构计算架构加速千亿参数模型训练，典型如“紫东太初”多模态大模型在国家超算无锡中心完成训练，训练效率较通用GPU集群提升3.2倍。金融领域则聚焦高频交易策略回测、系统性风险压力测试及衍生品定价模型优化，工商银行、平安集团等机构年均调用超算资源超50万核小时，支撑复杂金融工程模型的实时演算需求。国防与安全应用虽受限于保密要求披露有限，但公开信息显示，超算软件已在高超声速飞行器气动热力学仿真、电磁环境建模及密码破译算法加速等方面取得实质性突破。面向2025—2030年，随着“东数西算”工程深入推进与国产E级超算全面部署，超算软件将进一步向行业深度定制化、云化服务化、智能化融合方向演进，预计到2030年，其在工业设计、智慧城市、精准医疗等新兴场景的应用占比将从当前不足25%提升至45%以上，形成覆盖国民经济主干领域的全链条支撑能力，为国家科技自立自强与数字经济发展提供底层算力软件基座。2、核心技术能力评估国产超算软件自主可控水平近年来，国产超算软件在国家政策引导、科研投入持续加码以及高性能计算应用场景不断拓展的多重驱动下，自主可控水平显著提升。根据中国信息通信研究院发布的《2024年中国高性能计算产业发展白皮书》数据显示，2023年我国超算软件市场规模已达到约128亿元人民币，预计到2025年将突破200亿元，年均复合增长率维持在18%以上。这一增长不仅源于硬件基础设施的快速部署，更反映出软件层面对国产化替代的迫切需求。在“十四五”国家信息化规划和“东数西算”工程的协同推进下，超算中心对国产软件的采购比例逐年上升，2023年重点国家级超算中心国产软件部署率已超过65%，较2020年提升近40个百分点。特别是在气象模拟、核聚变研究、生物医药、材料科学等关键领域，国产超算软件如“神威·太湖之光”配套的SW系列软件栈、“天河”系列搭载的TH系列并行计算框架，以及中科院计算所研发的OpenMC、OpenFOAM国产优化版本等，已实现对部分国外主流商业软件的功能替代。在基础算法库层面，BLAS、LAPACK、FFTW等核心数学库的国产化版本性能已接近或达到国际先进水平，部分场景下甚至实现超越。与此同时，国家超算无锡中心、广州中心、长沙中心等机构联合高校与企业，构建了覆盖编译器、运行时系统、并行通信库、调试工具链在内的全栈式国产软件生态体系，显著降低了对外部技术的依赖程度。据工信部2024年中期评估报告指出，当前我国在超算操作系统、任务调度系统、并行文件系统等底层软件模块的自主可控率已超过80%，但在高端CAE仿真、多物理场耦合求解器、AIHPC融合框架等高附加值软件领域，仍存在约30%—40%的技术缺口，主要依赖Ansys、COMSOL、Altair等国外商业软件。为应对这一挑战，科技部于2024年启动“超算软件强基工程”，计划在2025—2030年间投入不低于50亿元专项资金，重点支持自主CAE平台、量子经典混合计算中间件、智能调度引擎等方向的研发。多家头部企业如华为、中科曙光、并行科技、国家超算中心联盟等已联合成立“国产超算软件协同创新体”，推动标准统一、接口开放与生态共建。预计到2030年，国产超算软件在核心功能模块的自主可控率将提升至95%以上，整体市场占有率有望突破70%，形成具备国际竞争力的自主技术体系。这一进程不仅关乎技术安全，更是国家在高端制造、国防安全、能源勘探等战略领域实现科技自立自强的关键支撑。未来五年，随着RISCV架构超算芯片的普及与国产AI大模型在科学计算中的深度融合，超算软件的自主可控能力将进一步向“全栈可信、智能驱动、开放协同”的新阶段演进，为构建中国式现代化数字基础设施提供坚实底座。与国际先进水平的差距分析当前中国超级计算软件在整体发展水平上与国际先进国家仍存在显著差距，这一差距不仅体现在核心技术自主可控能力不足，也反映在产业生态构建、软件适配优化、人才储备以及市场化应用等多个维度。根据IDC与赛迪顾问联合发布的《2024年全球高性能计算软件市场分析报告》数据显示，2024年全球超算软件市场规模约为128亿美元，其中美国企业占据约53%的市场份额，欧洲占22%，而中国本土企业合计占比不足9%，且主要集中于基础运行环境和部分行业定制化应用，缺乏具有全球影响力的通用型高性能计算软件平台。在关键软件栈如编译器、数学库、通信中间件、任务调度系统和性能分析工具等方面，国内仍高度依赖开源社区或国外商业产品，例如IntelMKL、NVIDIAcuBLAS、OpenMPI、SLURM等，这些软件虽可免费或授权使用，但在极端规模并行计算、异构架构适配、容错机制和能效优化等前沿方向上，国内自主研发能力明显滞后。以E级超算系统为例，尽管中国已部署“天河三号”“神威·海洋之光”等世界领先的硬件平台，但其上运行的主流科学计算软件如VASP、GROMACS、OpenFOAM等仍需大量依赖国外代码库，国产替代软件在精度、效率、稳定性及用户友好性方面尚难满足高端科研与工业仿真需求。从技术路线看，国际领先机构如美国国家能源部下属实验室、欧洲PRACE计划以及日本理化学研究所，已系统布局面向AI融合、量子经典混合计算、自动并行化和绿色计算的下一代超算软件架构，而中国在这些前瞻性方向上的研发投入仍显分散，缺乏国家级统一协调机制和长期演进路线图。据中国高性能计算专业委员会预测，到2030年，全球超算软件市场将突破260亿美元，年复合增长率达12.3%，其中AI驱动的智能科学计算软件占比将超过40%。若不能在2025—2030年关键窗口期内补齐软件短板，中国即便拥有全球数量最多的E级超算硬件，也将面临“有算力无应用、有平台无生态”的结构性困境。此外，国际头部企业如NVIDIA、AMD、Intel正加速构建“硬件+软件+算法”一体化闭环生态，通过CUDA、ROCm、oneAPI等编程模型锁定开发者群体，形成强大技术壁垒，而国内尚未形成具有广泛兼容性和生态号召力的自主编程框架。人才方面，据教育部2024年统计，全国高校每年培养的高性能计算相关专业毕业生不足2000人，其中具备超算软件全栈开发能力的不足10%，远低于美国同类人才年均产出量的五分之一。这种人才断层直接制约了国产软件在复杂算法实现、大规模并行调试和跨平台移植等方面的突破。更为严峻的是，当前国内超算软件项目多以科研课题形式推进，缺乏持续迭代和商业化运营机制，导致大量成果停留在论文或原型阶段，难以形成可持续的产品化路径。若要实现2030年超算软件自主可控率超过70%的战略目标，亟需在顶层设计上强化“软硬协同”发展理念，设立国家级超算软件专项基金，推动产学研用深度融合，并建立覆盖基础库、中间件、应用软件和开发工具链的全栈式国产替代体系，同时加快构建开源社区生态，吸引全球开发者参与共建，方能在新一轮全球超算竞争中实现从“跟跑”向“并跑”乃至“领跑”的实质性转变。年份国内市场份额（亿元）年增长率（%）国产化率（%）平均单价（万元/套）202586.518.242.01,2502026102.318.347.51,2202027120.818.153.01,1902028142.117.658.51,1602029165.916.864.01,130二、市场竞争格局与主要参与者1、国内主要企业与科研机构布局国家超算中心及高校研发团队现状截至2025年，中国已建成并投入运营的国家级超级计算中心共计12个，覆盖北京、天津、济南、深圳、广州、无锡、长沙、郑州、西安、成都、哈尔滨和上海等重点城市，形成覆盖全国主要经济与科研区域的超算基础设施网络。这些中心依托“天河”“神威”“曙光”等国产超算系统，持续为气象预测、生物医药、新材料研发、人工智能训练、航空航天仿真等关键领域提供强大算力支撑。根据中国信息通信研究院发布的数据，2024年中国超算软件市场规模约为86亿元人民币，预计到2030年将突破210亿元，年均复合增长率达15.7%。在这一增长过程中，国家超算中心不仅是硬件部署的核心节点，更逐步转型为软件生态建设与应用服务的枢纽平台。例如，国家超级计算无锡中心依托“神威·太湖之光”系统，已联合清华大学、中科院等机构开发出面向气候模拟、量子化学计算、流体力学等领域的专用软件栈，部分软件在国际基准测试中性能指标达到全球领先水平。与此同时，国家超算广州中心基于“天河二号”系统，构建了面向生物医药与精准医疗的软件服务平台，支撑了超过300家科研机构与企业的高通量计算需求，年均处理任务量超过200万核时。在高校层面，清华大学、北京大学、国防科技大学、中国科学技术大学、上海交通大学等顶尖高校均设有专门的超算软件研发团队，聚焦于基础算法优化、并行编程模型、异构计算框架、容错机制及能效管理等核心技术方向。以国防科技大学为例，其高性能计算国家重点实验室长期致力于MPI、OpenMP、CUDA等并行编程接口的国产化适配与性能调优，近年来在面向E级（Exascale）计算的软件栈研发方面取得显著进展，已初步构建支持国产处理器架构的全栈式软件生态。此外，高校团队还积极参与国际开源社区，推动如OpenFOAM、GROMACS、VASP等主流科学计算软件的国产化移植与性能增强。值得注意的是，随着“东数西算”国家战略的深入推进，超算中心与高校研发力量正加速向中西部地区延伸，西安、成都、郑州等地的超算节点在承接东部算力溢出的同时，也推动本地高校形成特色鲜明的软件研发方向。例如，西安交通大学聚焦能源与动力工程领域的超算软件开发，已实现对复杂燃烧过程的高精度模拟；郑州大学则依托本地超算中心，在农业大数据与遥感图像处理软件方面形成独特优势。面向2030年，国家层面已明确将超算软件列为“十四五”及中长期科技发展规划的重点支持方向，计划通过设立专项基金、建设共性技术平台、推动产学研深度融合等方式，系统性提升国产超算软件的自主可控能力与国际竞争力。预计到2030年，中国将建成覆盖全技术栈的超算软件体系，包括底层运行时系统、中间件、领域专用库及上层应用软件，形成不少于50个具有国际影响力的国产超算软件产品，并在至少10个关键行业实现规模化替代进口软件。这一进程不仅依赖于国家超算中心的持续投入，更需要高校研发团队在基础理论、算法创新与人才培养方面的长期积累，共同构筑中国超算软件可持续发展的核心支撑力量。头部企业（如华为、曙光、浪潮等）软件产品线与战略在2025至2030年期间，中国超级计算软件产业正处于从“硬件主导”向“软硬协同、生态驱动”转型的关键阶段，头部企业如华为、中科曙光、浪潮等在超算软件产品线布局与战略方向上展现出高度的前瞻性与系统性。根据中国信息通信研究院发布的《2024年中国高性能计算产业发展白皮书》数据显示，2024年中国超算软件市场规模已达186亿元，预计到2030年将突破520亿元，年均复合增长率约为18.7%。在此背景下，华为依托其昇腾AI处理器与鲲鹏CPU构建的“鲲鹏+昇腾”双轮驱动生态，持续深化在超算基础软件与应用软件领域的投入。其自主研发的CANN（ComputeArchitectureforNeuralNetworks）异构计算架构与MindSporeAI框架已广泛应用于气象模拟、生物医药、材料科学等高性能计算场景，并通过华为云ModelArts平台实现超算能力的云化输出。截至2024年底，华为超算软件生态已覆盖超过300家科研机构与高校，软件授权年收入突破28亿元，预计2027年前将完成对全国八大国家超算中心的软件栈全面适配。中科曙光则聚焦于“智能计算+科学计算”融合路径，其“硅立方”液冷超算系统配套的ParaStor并行存储软件、Gridview集群管理平台及AIStation智能调度系统构成完整的软件产品矩阵。曙光在2023年发布的“曙光智算”平台已接入超过50个行业大模型训练任务，软件服务收入占比从2020年的12%提升至2024年的31%，显示出其软件商业化能力的显著增强。公司规划到2028年建成覆盖全国的“超算+智算”一体化软件服务平台，支撑不少于1000个重点科研项目的并行计算需求。浪潮信息则以“AIforHPC”为核心战略，其AIStation超算管理平台已支持TensorFlow、PyTorch、PaddlePaddle等主流框架的混合调度，并集成自研的AutoML工具链与分布式训练优化模块。2024年浪潮超算软件出货量占据国内市场份额的24.3%，在能源勘探、航空航天仿真等垂直领域形成深度解决方案。公司明确提出，到2030年将实现超算软件产品线100%支持异构计算架构，并构建开放的“元脑生态计划”，联合超过500家ISV（独立软件开发商）开发行业专用超算应用。值得注意的是，三家企业均加大在开源社区的投入，华为参与OpenEuler、OpenHarmony等基础软件生态建设，曙光主导OpenPBS调度系统的中国本地化维护，浪潮则深度贡献于Slurm作业调度系统的性能优化。这种以开源促协同、以生态聚合力的发展路径，不仅加速了国产超算软件标准体系的形成，也为未来十年中国在全球超算软件话语权的提升奠定坚实基础。综合来看，头部企业在产品线覆盖广度、技术自主深度与生态协同强度三个维度同步发力，正推动中国超算软件从“可用”向“好用”乃至“引领”跃迁，其战略规划与市场实践将深刻塑造2025—2030年中国超算软件产业的演进格局。2、国际竞争态势美国、日本、欧盟等地区超算软件技术优势美国、日本、欧盟等发达国家和地区在超级计算软件技术领域长期保持全球领先地位，其技术优势不仅体现在底层架构设计、算法优化能力与软件生态系统的成熟度上，更反映在国家战略支持、产业协同机制以及对未来技术路线的前瞻性布局之中。截至2024年，美国在全球Top500超算榜单中占据148台，稳居首位，其超算软件研发投入年均超过30亿美元，主要依托能源部（DOE）、国家科学基金会（NSF）及国防高级研究计划局（DARPA）等机构推动ECP（ExascaleComputingProject）等国家级项目，重点发展面向百亿亿次（Exascale）计算的软件栈，包括编程模型（如Kokkos、RAJA）、数学库（如PETSc、Trilinos）、运行时系统（如Legion）以及AI与科学计算融合框架（如NVIDIA的RAPIDS与DOE联合开发的AIforScience平台）。美国超算软件市场预计将在2025年至2030年间以年均复合增长率12.3%扩张，2030年市场规模有望突破85亿美元，其核心驱动力来自气候模拟、核聚变研究、生物医药及国防安全等高复杂度应用场景对高性能软件的刚性需求。日本则依托“富岳”（Fugaku）超算系统构建了高度自主可控的软件生态，由理化学研究所（RIKEN）主导开发的FujitsuSoftwareStack涵盖从编译器（FCC/FortranCompiler）到并行I/O优化工具（如POSIX兼容层）的完整链条，并在地震预测、材料科学与新药研发领域实现深度耦合，2024年日本超算软件市场规模约为18亿美元，预计到2030年将增长至32亿美元，年均增速达10.1%。日本政府通过“社会5.0”战略持续强化软件与硬件协同创新，强调“以应用驱动软件演进”的技术路径，尤其在异构计算调度与低功耗软件优化方面形成独特优势。欧盟则通过“欧洲高性能计算共同计划”（EuroHPCJU）整合27个成员国资源，累计投入超80亿欧元用于超算基础设施与软件能力建设，其代表性成果包括面向Exascale的软件平台POP（PerformanceOptimisationandProductivity）、UNICORE工作流系统以及由德国Jülich研究中心主导的JUWELSBooster软件栈。欧盟超算软件市场2024年规模约为22亿美元，受益于绿色计算与数字主权战略，预计2030年将达41亿美元，年均复合增长率为11.5%。欧盟特别注重开源生态建设，通过PRACE（PartnershipforAdvancedComputinginEurope）推动软件标准化与跨平台兼容性，并在量子经典混合计算、气候建模与能源转型等战略方向提前部署软件研发路线图。整体而言，上述地区不仅在超算软件核心技术指标（如并行效率、可扩展性、容错能力）上领先全球，更通过制度化投入、产学研深度融合及长期技术路线图规划，构建起难以短期复制的系统性优势，为中国超算软件实现自主可控与高质量发展提供了重要参照。中外企业在关键软件生态中的竞争与合作在全球高性能计算（HPC）产业加速演进的背景下，中国超算软件生态正经历从“硬件主导”向“软硬协同”的结构性转型。据中国信息通信研究院2024年发布的《中国高性能计算产业发展白皮书》显示，2023年中国超算软件市场规模已达186亿元人民币，预计到2030年将突破620亿元，年均复合增长率约为18.7%。这一增长不仅源于国家重大科技基础设施的持续投入，更得益于人工智能、气候模拟、生物医药、材料科学等前沿领域对高性能计算软件日益增长的依赖。在此过程中，中外企业在关键软件生态中的互动呈现出高度复杂且动态演化的格局。国际巨头如美国的NVIDIA、Intel、AMD以及欧洲的Atos、Siemens等，凭借其在底层编译器、并行计算框架、数值库（如CUDA、oneAPI、OpenMP、MPI）及行业专用求解器（如ANSYS、COMSOL）等方面的长期积累，仍牢牢掌控着全球超算软件生态的核心技术节点。尤其在异构计算架构普及的当下，NVIDIA凭借其CUDA生态构建的“软硬件闭环”优势，几乎垄断了全球AI与科学计算领域的加速器编程环境，2023年其在中国超算加速卡市场的占有率超过75%。与此同时，中国本土企业如华为、中科曙光、浪潮、并行科技、国家超算中心联盟等，正通过“自主可控+开放协同”双轮驱动策略加速生态构建。华为推出的昇腾AI基础软件栈MindSpore与CANN，在气象、能源等领域已实现对TensorFlow和PyTorch的部分替代；国家超算无锡中心联合清华大学开发的“神威·太湖之光”专用软件栈，在全球Top500超算应用中支撑了多个千万核级并行应用；并行科技运营的“超算云”平台已接入全国20余家超算中心，服务用户超10万，初步形成国产超算软件的SaaS化分发能力。值得注意的是，尽管中美科技竞争加剧导致部分技术封锁，但全球超算软件生态并未完全割裂。在开源社区层面，中国科研机构与企业积极参与OpenMP、OpenACC、MPIForum等国际标准组织，并在GitHub、GitLab等平台上贡献代码；在商业合作方面，部分欧洲企业仍向中国提供非敏感领域的CAE仿真软件授权，而中国超算中心也为跨国药企、汽车制造商提供合规的计算服务。面向2025—2030年，中国超算软件生态的可持续发展亟需在三个维度实现突破：一是强化基础软件栈的自主能力，重点突破异构编程模型、自动并行化工具链、跨平台运行时系统等“卡脖子”环节；二是构建以行业应用为导向的垂直生态，推动国产软件在航空航天、核聚变、新药研发等国家战略领域的深度适配与验证；三是积极参与全球开源治理，在保障安全可控的前提下，通过贡献核心模块、主导子项目等方式提升国际话语权。据IDC预测，到2030年，具备完整自主生态的国产超算软件在中国市场的渗透率有望从当前的不足20%提升至50%以上，但这一目标的实现高度依赖于产学研用协同机制的完善、长期稳定的政策支持以及对高端软件人才的系统性培养。中外企业在竞争中寻求有限合作、在合作中保持战略警惕，将成为未来五年中国超算软件生态演进的基本常态。年份销量（万套）收入（亿元）平均单价（万元/套）毛利率（%）202512.548.839.052.3202614.860.741.053.1202717.274.443.354.0202820.090.045.055.2202923.5108.146.056.5三、关键技术发展趋势与瓶颈1、软件架构与算法创新面向E级及后E级计算的软件适配技术人工智能与超算融合的软件框架进展近年来，人工智能与超级计算的深度融合正成为推动中国高性能计算软件生态演进的核心驱动力。据中国信息通信研究院发布的《2024年中国人工智能与高性能计算融合发展白皮书》显示，2024年国内AIHPC（人工智能高性能计算）融合软件市场规模已突破120亿元人民币，预计到2030年将增长至680亿元，年均复合增长率达34.2%。这一快速增长的背后，是国家“东数西算”工程、“十四五”数字经济发展规划以及《新一代人工智能发展规划》等政策持续加码，推动超算中心从传统科学计算向智能计算平台转型。在技术层面，以昇思MindSpore、飞桨PaddlePaddle、深度学习框架OneFlow为代表的国产AI框架正加速与国产超算系统（如神威·太湖之光、天河系列）进行深度适配，实现从底层硬件调度、通信优化到上层模型训练的全栈协同。例如，国家超级计算无锡中心联合华为、中科院软件所开发的“AIHPC融合调度中间件”，已在气象预测、生物医药、材料模拟等典型场景中实现训练效率提升40%以上，通信开销降低30%。与此同时，国际主流框架如TensorFlow、PyTorch亦通过MPI+NCCL混合通信、异构内存管理、自动并行等技术手段，持续优化在超算环境下的扩展性与能效比。据IDC统计，截至2024年底，中国已有27个国家级或省级超算中心部署了AIHPC融合软件栈，支撑超过1500个科研与产业项目，涵盖气候建模、蛋白质结构预测、高能物理模拟等前沿领域。值得注意的是，软件生态的可持续发展正面临多重挑战：一方面，AI模型参数规模持续膨胀（如千亿级大模型），对超算系统的内存带宽、I/O吞吐和容错能力提出更高要求；另一方面，现有软件框架在跨架构兼容性（如CPU+GPU+NPU混合部署）、动态负载均衡、绿色计算等方面仍存在明显短板。为应对上述问题，国内产学研机构正积极推进标准化建设，包括制定《AIHPC软件接口规范》《超算智能计算资源调度技术指南》等技术标准，并推动开源社区协作。清华大学、中科院计算所等单位牵头的“智算融合开源联盟”已汇聚超过80家成员单位，共同维护面向超算优化的AI软件组件库。展望2025至2030年，AI与超算融合软件框架的发展将呈现三大趋势：一是向“云边端超”一体化架构演进，实现从国家级超算中心到区域智能算力节点的资源协同；二是强化“软件定义算力”能力，通过编译器自动优化、运行时动态调优等技术，提升异构硬件资源利用率；三是构建面向科学智能（AIforScience）的专用软件栈，集成物理引擎、符号推理与深度学习模块，支撑复杂科学问题的端到端求解。在此背景下，建议国家层面设立专项基金，支持核心软件框架的长期迭代与生态培育，同时鼓励超算中心开放真实应用场景，推动软件硬件算法协同创新，最终形成具有全球竞争力的中国AIHPC软件体系。年份超算软件市场规模（亿元）国产化率（%）研发投入占比（%）核心软件企业数量（家）2025185.642.312.5682026218.446.813.2742027256.951.514.0812028301.256.714.8892029352.861.915.5972030412.567.216.31062、核心瓶颈与挑战异构计算环境下的软件移植与优化难题高性能计算软件人才短缺与培养机制当前，中国超级计算软件产业正处于由“硬件主导”向“软硬协同”转型的关键阶段，软件人才的结构性短缺已成为制约行业高质量发展的核心瓶颈。据中国信息通信研究院2024年发布的《高性能计算人才发展白皮书》显示，全国超算软件相关岗位年均缺口超过2.3万人，其中具备并行算法设计、异构计算优化、大规模数值模拟开发能力的高端复合型人才占比不足15%。这一缺口在“东数西算”工程加速推进、国家超算中心扩容升级以及人工智能与科学计算深度融合的背景下持续扩大。2023年全国高性能计算市场规模已达386亿元，预计到2030年将突破1200亿元，年均复合增长率维持在18.5%左右，但人才供给增速远未匹配产业扩张节奏。高校层面，全国开设高性能计算相关课程的本科院校不足百所，每年培养的硕士及以上层次专业人才仅约4000人，且课程体系普遍滞后于GPU/CPU异构架构、量子经典混合计算、AIforScience等前沿方向的实际需求。企业端则面临“招不到、留不住、用不好”的三重困境，尤其在国产超算平台（如神威、天河系列）生态建设中，熟悉自主指令集、国产编译器及中间件开发的工程师极度稀缺。据国家超算无锡中心调研数据，其软件团队中具备五年以上国产平台开发经验的工程师占比不足30%，严重依赖外部技术支援。与此同时，国际竞争加剧进一步凸显人才战略的紧迫性。美国能源部2023年启动“ExascaleComputingProject人才倍增计划”，三年内投入2.8亿美元强化软件工程师培养；欧盟“EuroHPCJU”框架下设立专项基金支持高校企业联合实验室，年均培养超算软件人才超5000人。相较之下，我国尚未形成覆盖基础教育、高等教育、职业培训与产业实践的全链条培养体系。为应对这一挑战，亟需构建“政产学研用”五位一体的人才生态：在政策层面，建议将超算软件人才纳入国家高层次人才特殊支持计划，设立专项培养基金；在教育端，推动“高性能计算+领域科学”交叉学科建设，在数学、物理、气象、生物医药等重点学科嵌入并行编程、性能调优等模块化课程；在产业端，鼓励国家超算中心、华为、中科曙光等龙头企业共建实训基地，开发基于国产E级超算平台的开源教学案例库；在评价机制上，建立以解决实际工程问题为导向的职称评审与技能认证体系，打破唯论文、唯学历的桎梏。据中国科学院计算技术研究所预测，若上述措施在2025年前全面落地，到2030年可将高端人才缺口压缩至8000人以内，支撑国产超算软件生态在气候模拟、新药研发、核聚变仿真等关键领域实现自主可控。人才储备的厚度直接决定中国在全球超算竞争格局中的站位，唯有系统性破解培养机制的断层问题，方能确保2030年建成世界领先的高性能计算强国目标如期实现。分析维度具体内容预估数据/指标（2025年基准）优势（Strengths）国产超算硬件全球领先，为软件生态提供强大支撑全球Top500超算中中国占比约32%，硬件算力达1.5EFLOPS劣势（Weaknesses）基础软件生态薄弱，核心算法库依赖国外国产超算软件自主率不足40%，关键领域依赖率超60%机会（Opportunities）国家“东数西算”工程及AI融合加速软件需求2025年超算软件市场规模预计达180亿元，年复合增长率12.5%威胁（Threats）国际技术封锁加剧，高端EDA与编译器受限2024年已有37项超算相关技术被列入出口管制清单综合评估软件人才缺口制约可持续发展预计2025年超算软件专业人才缺口达2.8万人四、市场应用与数据支撑体系1、重点行业应用场景分析气象、能源、生物医药等领域的软件需求与落地案例在气象、能源与生物医药三大关键领域，中国对超级计算软件的需求正呈现爆发式增长态势，驱动因素涵盖国家“双碳”战略推进、极端气候事件频发、精准医疗兴起以及高性能计算基础设施的持续完善。据中国信息通信研究院2024年发布的《中国高性能计算产业发展白皮书》显示，2023年我国超算软件在上述三大领域的市场规模已突破86亿元，预计到2030年将攀升至320亿元，年均复合增长率达21.4%。气象领域对超算软件的依赖尤为突出，中国气象局依托“天河”“神威”等国产超算平台，已部署新一代数值天气预报系统GRAPESMeso4.0，其区域模式分辨率提升至3公里，运算效率较2020年提高近3倍。该系统每日处理超过50TB的卫星、雷达与地面观测数据，对超算软件在并行计算优化、I/O吞吐调度及容错机制方面提出极高要求。未来五年，伴随全球气候治理压力加剧与极端天气预警精度需求提升，气象超算软件将向多尺度耦合、人工智能融合方向演进，预计2027年前后将实现1公里级高分辨率全球气候模拟的常态化运行。能源领域则聚焦于油气勘探、核聚变模拟与智能电网三大应用场景。中石油、中石化等企业已广泛应用Petrel、Eclipse等商业软件的国产化替代版本，依托超算平台实现地震数据三维反演处理效率提升60%以上。在可控核聚变方向，中科院合肥物质科学研究院基于“神威·太湖之光”开发的等离子体磁流体动力学模拟软件，成功将ITER装置关键参数预测误差控制在5%以内。国家能源局规划指出，到2030年新型电力系统需支撑40%以上可再生能源并网，这将催生对超算驱动的电网动态仿真与储能优化调度软件的刚性需求，相关市场规模有望在2028年突破百亿元。生物医药领域近年来成为超算软件增长最快的赛道，新冠疫情加速了分子动力学模拟、AI辅助药物设计等技术的产业化进程。以中科院上海药物所开发的“智药超算平台”为例，其集成的AutoDockVina并行优化版本可在72小时内完成10亿级化合物库的虚拟筛选，较传统流程提速20倍。国家“十四五”生物经济发展规划明确提出建设国家级生物医药超算中心，推动蛋白质结构预测、基因组大数据分析等核心软件自主可控。据弗若斯特沙利文预测，2025年中国AI+生物医药超算软件市场规模将达48亿元，其中AlphaFold2类算法的本地化部署需求年增速超过35%。值得注意的是，三大领域均面临共性挑战：国产超算软件生态碎片化、跨平台移植成本高、领域专用算法与硬件架构协同不足。为此，工信部《高性能计算软件高质量发展行动计划（20242027年）》已部署“领域软件栈”专项工程，计划在2026年前完成气象WRF、能源OpenFOAM、生物GROMACS等主流开源软件的深度国产化适配，并建立覆盖算法库、中间件、可视化工具的标准化软件供应链。这些举措将显著提升超算软件在关键领域的落地效能，为2030年实现超算应用软件国产化率超70%的战略目标奠定基础。工业仿真与数字孪生对超算软件的依赖程度随着中国制造业向高端化、智能化、绿色化加速转型，工业仿真与数字孪生技术在产品研发、生产优化、运维管理等全生命周期中的应用日益广泛，对超级计算软件的依赖程度持续加深。根据中国信息通信研究院2024年发布的《工业软件发展白皮书》数据显示，2023年中国工业仿真软件市场规模已达到186亿元，同比增长27.4%，其中依赖超算平台支撑的高精度多物理场耦合仿真占比超过65%。预计到2030年，该细分市场将突破600亿元，年均复合增长率维持在18%以上。这一增长趋势的背后，是航空航天、汽车制造、能源装备、轨道交通等关键行业对复杂系统建模与实时仿真的迫切需求。例如，在国产大飞机C919的研发过程中，整机气动结构热耦合仿真需调用千万核级超算资源，单次仿真任务耗时超过200万CPU小时，若无高性能超算软件支撑，研发周期将延长30%以上。数字孪生作为工业4.0的核心使能技术，其构建高保真虚拟映射体的能力高度依赖于超算软件提供的并行计算框架、大规模数据处理引擎及实时交互接口。据赛迪顾问统计，2024年国内已有超过120家大型制造企业部署了基于超算平台的数字孪生系统，覆盖设备级、产线级乃至工厂级应用场景，其中85%以上的系统采用国产或适配国产超算架构的仿真求解器。在能源领域，国家电网构建的“电网数字孪生平台”依托神威·太湖之光等国产超算系统，实现对千万节点级电网的毫秒级动态仿真，其核心算法模块完全依赖超算软件提供的稀疏矩阵求解与分布式内存管理能力。当前，超算软件在工业仿真与数字孪生中的技术方向正朝着多尺度融合、AI增强、云边端协同演进。一方面，传统有限元、有限体积等数值方法与深度学习模型深度融合，催生出如物理信息神经网络（PINN）等新型求解范式，显著降低计算资源消耗；另一方面，超算软件正从集中式部署向“超算云+边缘节点”架构迁移，以满足数字孪生对低延迟、高并发的实时响应需求。据《中国高性能计算产业发展蓝皮书（2025）》预测，到2027年，超过60%的工业数字孪生项目将采用混合超算架构，对超算软件的异构计算适配能力、容器化部署支持及API开放程度提出更高要求。与此同时，国产超算软件生态建设仍面临基础算法库薄弱、行业专用求解器缺失、与主流工业软件集成度不足等挑战。为支撑工业仿真与数字孪生的可持续发展，亟需加强超算软件底层核心技术攻关，推动建立覆盖CAE、CFD、电磁、声学等多领域的国产求解器体系，并通过国家超算中心与龙头企业联合实验室机制，加速软件在典型工业场景中的验证与迭代。未来五年，随着“东数西算”工程深入推进及国家超算互联网建设提速，超算软件将成为连接算力基础设施与工业智能应用的关键枢纽，其发展水平将直接决定中国工业数字化转型的深度与广度。2、数据基础设施与标准体系超算软件数据接口、互操作性标准现状当前，中国超级计算软件在数据接口与互操作性标准方面正处于从分散探索向体系化协同演进的关键阶段。根据中国信息通信研究院2024年发布的《高性能计算产业发展白皮书》数据显示，2023年中国超算软件市场规模已达到约185亿元人民币，其中涉及数据接口开发与标准化工作的相关投入占比约为12.3%，即约22.7亿元。这一比例相较于2020年的7.8%显著提升，反映出行业对数据互通与系统协同能力的重视程度持续增强。在国家“东数西算”工程及“十四五”高性能计算专项规划的推动下，超算中心、科研机构与头部企业正加速构建统一的数据交换框架。目前，国内主流超算平台普遍采用MPI（MessagePassingInterface）、HDF5（HierarchicalDataFormat）、NetCDF（NetworkCommonDataForm）等国际通用接口协议，但在国产化替代和自主可控背景下，以中科院计算所、国家超算无锡中心、国防科技大学等为代表的机构正积极研发符合中国技术生态的接口标准，例如“神威”系列超算配套的SWMPI通信库和“天河”平台自研的THFS文件系统接口，已在部分国家级科研项目中实现稳定部署。与此同时，中国电子技术标准化研究院牵头制定的《高性能计算软件互操作性技术要求》行业标准已于2023年进入试行阶段，初步覆盖了任务调度、数据格式、资源描述、安全认证等核心维度，为跨平台软件迁移与联合计算提供了基础支撑。值得注意的是，尽管标准化工作取得阶段性进展，但实际应用中仍存在接口碎片化、版本兼容性差、文档缺失等问题，尤其在气象、生物医药、材料模拟等多学科交叉领域，不同科研团队开发的专用软件往往采用私有数据格式，导致数据共享效率低下，重复开发成本高企。据清华大学高性能计算研究所2024年调研显示，在参与调研的137个超算用户单位中，有68.2%表示因接口不兼容导致项目周期延长，平均延误时间达2.3个月。面向2025—2030年，随着人工智能与科学计算深度融合，超算软件对异构计算环境下的数据流动能力提出更高要求，预计到2027年，支持AI训练与推理的统一数据接口标准将成为行业焦点，相关市场规模有望突破40亿元。国家高性能计算环境（CNGrid）计划在“十五五”前期完成全国超算节点的接口协议统一化改造，并推动建立国家级超算软件互操作性测试认证平台。此外，中国正积极参与ISO/IECJTC1/SC7等国际标准组织关于高性能计算接口规范的制定工作，力争在2026年前主导至少2项国际标准提案。未来五年，超算软件数据接口的发展将围绕“统一语义模型、轻量化协议栈、动态适配机制”三大技术方向展开，重点解决跨架构（CPU/GPU/FPGA）、跨地域、跨应用的数据无缝流转问题。通过构建以“标准先行、生态共建、开源协同”为核心的推进机制，中国有望在2030年前形成具有全球影响力的超算软件互操作性标准体系，为全球高性能计算基础设施的互联互通提供中国方案。国家与行业数据资源共享机制建设进展近年来，中国在超级计算软件生态体系构建过程中，高度重视国家与行业数据资源共享机制的建设，将其视为推动超算应用深化、提升科研效率与产业协同能力的关键基础设施。据中国信息通信研究院2024年发布的《中国高性能计算产业发展白皮书》显示，截至2024年底，全国已建成国家级科学数据中心42个，覆盖气象、天文、生物医药、材料科学、能源、交通等18个重点行业领域，累计汇聚结构化与非结构化科研数据资源超过25EB，年均数据增长率达到37.6%。在政策驱动下，《“十四五”国家信息化规划》《科学数据管理办法》《关于构建数据基础制度更好发挥数据要素作用的意见》等文件相继出台，明确要求打破“数据孤岛”，推动跨部门、跨区域、跨行业的数据有序共享与高效利用。在此背景下，国家超算中心联盟联合中国科学院、国家气象局、国家卫健委等机构，于2023年启动“超算数据融合共享平台”试点工程，已在天津、广州、无锡、长沙四地部署统一的数据接口标准与安全访问控制体系，初步实现千万级科研用户对PB级行业数据的按需调用。市场层面，据IDC中国预测，2025年中国超算相关数据服务市场规模将达到186亿元，其中数据共享与治理服务占比将从2023年的19%提升至2025年的31%，年复合增长率达28.4%。这一增长不仅源于政府投入的持续加大，更得益于人工智能与大数据技术对超算软件的深度赋能，使得高维、异构、实时数据的融合处理成为可能。例如，在生物医药领域，国家基因库与深圳超算中心合作构建的“多组学数据共享平台”，已接入全国237家医院和科研机构的临床与基因组数据，支撑新冠变异株演化模拟、肿瘤靶向药物筛选等关键任务，平均缩短研发周期40%以上。在能源行业，国家电网依托“电力大数据共享中台”，联合国家超算济南中心开发的电网负荷预测模型，将气象、用电行为、设备状态等多源数据融合，使区域级负荷预测准确率提升至98.7%。面向2025—2030年，国家数据局与科技部正在联合制定《超算数据资源协同发展规划（2025—2030）》，拟在“东数西算”工程框架下，建设覆盖全国八大算力枢纽的超算数据资源池，推动建立统一元数据标准、分级分类授权机制与可信数据交换协议。预计到2030年，全国将形成不少于100个行业级数据共享节点，超算软件可调用的高质量行业数据资源规模将突破200EB，数据服务对超算应用效能的贡献率有望提升至45%以上。与此同时，隐私计算、区块链存证、联邦学习等新兴技术正被系统性集成至数据共享架构中，以保障数据主权与安全合规。例如，北京超算中心已试点基于多方安全计算的跨机构医疗数据联合建模平台，在不传输原始数据的前提下完成AI模型训练，满足《个人信息保护法》与《数据安全法》的合规要求。整体而言，数据资源共享机制的完善不仅显著提升了超算软件的场景适配能力与算法训练效率，更为构建“算力—数据—算法”三位一体的国产超算生态奠定了坚实基础，其发展路径将深刻影响中国在全球高性能计算竞争格局中的战略地位。五、政策环境、风险因素与可持续发展建议1、国家政策与产业支持体系十四五”及后续规划中超算软件相关政策梳理“十四五”期间，国家高度重视超级计算软件的自主可控与生态体系建设，将其纳入《“十四五”国家信息化规划》《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》以及《新一代人工智能发展规划》等多项国家级战略文件中，明确提出要突破高性能计算基础软件、并行算法库、编译器、运行时系统等关键核心技术，推动超算软件与硬件协同发展。2021年发布的《“十四五”国家重点研发计划“高性能计算”重点专项实施方案》中，专门设立超算软件研发任务，支持面向E级（百亿亿次）计算系统的软件栈构建，涵盖系统软件、应用软件、工具链及中间件等全链条。据中国信息通信研究院数据显示，2023年中国超算软件市场规模已达86.7亿元，同比增长21.3%，预计到2025年将突破130亿元，2030年有望达到300亿元规模，年均复合增长率维持在18%以上。政策导向明确强调“软硬协同、应用牵引、生态共建”，鼓励高校、科研院所与龙头企业联合攻关，推动国产超算软件在气象、能源、生物医药、航空航天、材料科学等关键领域的深度应用。2022年科技部联合工信部、国家发改委等部门启动“超算应用软件生态培育工程”，投入专项资金超15亿元，重点支持国产并行编程模型、领域专用语言、可视化分析工具及AI融合计算框架的研发。2023年，《关于加快推动高性能计算高质量发展的指导意见》进一步提出构建“全国一体化超算软件服务体系”，推动国家超算中心与区域算力枢纽之间的软件资源共享与标准统一，强化开源社区建设，提升国产软件的兼容性与可移植性。在“十五五”前瞻布局方面，国家已着手制定面向2030年的超算软件中长期发展路线图，强调在量子经典混合计算、智能超算融合架构、绿色低碳计算等前沿方向提前布局软件基础能力，目标是在2030年前实现核心超算软件国产化率超过85%，关键领域应用软件自主可控率达到90%以上。同时，政策鼓励通过“揭榜挂帅”“赛马机制”等方式激发创新活力，推动建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。在国际竞争加剧与技术封锁背景下，国家还强化