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

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、中国超算软件发展现状概述 41、超算软件产业整体发展情况 4中国超算硬件发展带动软件需求增长 4超算软件在国家重大科研与工程中的应用现状 62、典型超算软件类型与应用领域 7科学计算类软件：气候模拟、核聚变模拟等 7工程仿真类软件：航空航天、汽车设计等 9二、超算软件市场竞争格局分析 111、国内外主要竞争企业对比 11国内代表性企业：中望软件、曙光信息、华为云等发展现状 112、市场份额与国产化率评估 12核心领域国产软件渗透率不足30% 12重点领域“卡脖子”软件依赖进口现状 13三、关键技术发展与创新瓶颈 151、核心技术自主研发进展 15国产并行计算框架与编程模型突破 15自主可控的数学库与求解器研发情况 172、技术瓶颈与挑战 18高性能算法优化能力与国际差距 18跨平台兼容性与可视化工具薄弱 20四、政策支持与产业发展环境 211、国家政策与战略规划支持 21十四五”规划与超算新基建部署 21国家重点研发计划对超算软件的专项投入 222、产业生态体系建设 23超算中心与软件平台协同发展机制 23产学研合作模式与开源社区建设进展 25五、市场需求与应用前景分析 261、重点领域需求增长态势 26智能制造、生物医药、能源勘探等应用需求上升 26人工智能与大数据融合推动新型超算软件需求 282、商业化模式探索 28化与云超算平台服务模式兴起 28按需付费与订阅制商业模式试点情况 30六、数据资源与基础设施支撑能力 311、超算数据生态现状 31大规模科学数据处理与存储能力评估 31大规模科学数据处理与存储能力评估 32数据共享机制与标准体系建设滞后 332、软件与硬件协同优化现状 33国产超算系统与自主软件适配水平 33异构计算架构下软件调优挑战 34七、主要发展风险与挑战识别 351、技术与供应链风险 35关键软件工具链受制于国外生态 35高端人才短缺与研发持续投入不足 362、安全与合规风险 38超算软件在国家安全领域的潜在风险 38知识产权保护与开源软件合规使用问题 38八、可持续发展策略与投资建议 401、国家战略层面发展建议 40设立超算软件重大专项强化顶层设计 40推动建立国家级超算软件开源生态平台 412、企业投资与创新路径 42鼓励龙头企业牵头构建产业联盟 42加大对中小型创新企业的风险投资支持 44摘要中国超级计算软件作为支撑国家科技发展和产业升级的重要基础设施，在近年来取得了长足进步，其发展现状呈现出市场规模持续扩大、关键技术逐步突破、应用领域不断拓展的多元态势，根据相关统计数据显示，2023年中国超算软件市场规模已突破320亿元人民币，年均复合增长率维持在18%以上，预计到2028年将达到约800亿元规模，这一增长动力主要源于国家重大科研项目、人工智能、气象预测、生物医药、航空航天以及能源勘探等高算力需求行业的快速扩张，特别是随着“东数西算”工程的全面推进和国家算力网络体系的建设提速，超算软件在异构计算调度、并行程序优化、系统可靠性管理等方面的技术需求日益旺盛，推动了国产超算软件从“可用”向“好用”转型升级，目前中国已形成以国家超级计算中心为核心节点、覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区等重点区域的算力基础设施布局，带动了以高性能计算中间件、作业调度系统、可视化分析工具和专业领域仿真软件为代表的软件生态快速发展，其中部分核心软件如并行文件系统Lustre的国产优化版本、基于神威架构的编程环境SWStack等已实现自主可控并达到国际先进水平，然而在工业设计类CAE软件、高端电子设计自动化（EDA）工具以及大规模分子动力学模拟软件等前沿领域，仍严重依赖国外产品，自主化率不足30%，暴露出基础算法积累薄弱、软件工程化能力不足、跨学科复合人才短缺等深层次问题，未来发展方向应聚焦于构建“软硬协同、生态驱动”的可持续发展模式，一方面需加大在编译优化、任务调度、容错机制等底层共性技术上的研发投入，推动超算软件与国产芯片（如飞腾、龙芯、申威）和操作系统深度适配，另一方面应鼓励建立开放共享的超算软件开发平台和社区，促进高校、科研院所与企业间的协同创新，形成从算法设计、软件开发到工程验证的完整链条，同时建议国家层面出台专项支持政策，设立超算软件重大科技专项，引导社会资本参与关键软件攻关，重点扶持在气象海洋、新药研发、碳中和模拟等国家战略需求场景下的行业专用软件研发，预测至2030年，随着量子计算与经典超算融合架构的演进以及AIforScience范式的兴起，中国超算软件将进入智能化、服务化、平台化的新阶段，有望在部分垂直领域实现全球领先，为实现科技自立自强和数字经济高质量发展提供坚实支撑。指标2021年2022年2023年2024年（预估）占全球比重（2024年）超算软件产能（套/年）28031034538026%超算软件产量（套）25028532035525%产能利用率（%）89.391.992.893.4—国内需求量（套）260295330365—出口量（套）1520253018%一、中国超算软件发展现状概述1、超算软件产业整体发展情况中国超算硬件发展带动软件需求增长随着中国在高性能计算领域的持续投入与技术突破，超级计算机硬件能力实现了跨越式发展，目前已在全球超算500强榜单中长期保持领先地位。以“神威·太湖之光”和“天河”系列为代表的国产超级计算机，不仅在峰值性能、能效比和技术自主化方面达到国际先进水平，更在体系结构设计、异构计算架构、高速互联网络等方面形成独特优势。硬件性能的快速提升直接推动了复杂科学计算、工程仿真、人工智能训练、气候模拟、生物医药研发等前沿领域对计算资源的深度依赖。在此背景下，对配套软件系统的需求呈现出爆发式增长态势，涵盖操作系统、并行编程环境、编译器工具链、作业调度系统、大规模数据管理平台以及行业专用应用软件等多个层面。据中国信通院发布的《中国高性能计算发展白皮书（2023）》数据显示，2022年中国超算软件市场规模已达到约196亿元人民币，同比增长超过28%，预计到2027年将突破500亿元，年均复合增长率维持在21%以上，显著高于全球平均水平，反映出硬件能力释放所引发的软件生态扩张趋势。在硬件迭代升级的驱动下，软件系统的适配性、可扩展性和运行效率成为决定超算平台实际效能的关键因素。当前中国部署的E级（ExaFLOPS级）预研系统和Z级（ZettaFLOPS）技术路线图持续推进，计算节点数量达到百万级，内存带宽与存储I/O需求呈指数级上升，这对传统软件架构提出了严峻挑战。例如，在千万核心并行环境下，传统的MPI通信模型面临通信瓶颈，亟需开发新型低延迟通信库、任务调度算法和负载均衡机制。同时，异构计算架构中CPU与加速器（如昇腾、寒武纪、DCU）的协同工作要求编程框架具备更强的抽象能力，OpenACC、HIP、OneAPI等跨平台编程模型在国内科研机构和企业中加速落地。工业和信息化部在《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》中明确提出，要重点突破高性能计算基础软件瓶颈，支持国产超算平台的全栈软件自主研发。截至2023年底，国内已有超过40家科研单位和企业参与构建超算软件生态，累计开发或优化专业应用软件逾800款，覆盖气象预报、核聚变模拟、新药筛选、金融风险建模等多个高价值场景。从市场需求结构来看，科研机构仍然是超算软件的主要用户群体，占比约为58%，但来自智能制造、自动驾驶、生命科学和数字孪生等产业领域的商业化需求增速更快，年增长率接近35%。这一转变表明超算正从单一科研工具向通用算力基础设施演进，软件必须具备更强的通用性、易用性和服务化能力。国家超算中心联盟数据显示，2022年通过云化接口调用超算资源的应用比例首次超过30%，标志着软件服务平台向API化、微服务化方向转型。未来五年，随着“东数西算”工程全面实施和全国一体化算力网络国家枢纽节点建设推进，跨区域、跨平台的软件调度与资源协同将成为核心发展方向。预计到2028年，支持多中心协同计算的分布式作业管理系统、统一身份认证与数据流通平台将在全国范围内实现互联互通，形成具备自主可控能力的超算软件服务体系。在此过程中，软件人才队伍建设同样至关重要，目前全国具备超算软件开发能力的专业技术人员约1.2万人，远不能满足产业发展需求，高校与企业联合培养计划已被列入国家重点支持项目，力争在2030年前将相关人才规模扩大至5万人以上，为可持续发展提供坚实支撑。超算软件在国家重大科研与工程中的应用现状中国超级计算软件在国家重大科研与工程领域的应用已形成广泛覆盖与深度渗透的格局，成为推动基础科学研究、关键工程技术突破和战略性新兴产业发展的核心技术支撑。近年来，随着“天河”“神威”“曙光”等国家级超级计算平台的持续升级，超算软件的应用场景不断拓展，覆盖气象气候、能源勘探、航空航天、生物医药、新材料研发、高能物理、人工智能等多个关键领域。根据中国高性能计算研究中心发布的《2023年中国超算应用发展白皮书》数据显示，全国超算中心年度服务科研与工程类项目超过1.2万个，其中重大国家科技专项项目占比达37%，涉及“十四五”规划中明确的重点研发计划项目超过2,800项。超算软件在其中承担着核心模拟、数据处理与算法优化任务，支撑能力显著增强。以气象预报为例，中国气象局依托国家超级计算无锡中心部署的“神威·太湖之光”，运行自主研发的GRAPES全球数值天气预报系统，将72小时全球气象预报的精度提升至92.6%，预报时效较十年前提升近一倍。这一进步背后，是超算软件在大气动力学建模范式、并行计算架构适配、异构计算资源调度等方面的持续优化。在能源勘探领域，中石油、中石化等企业联合中科院计算所，开发出基于国产超算平台的三维地震波全波形反演软件，已在塔里木、渤海湾等复杂地质区域实现深度超过8,000米的油气藏精准识别，勘探成功率提升至78%，年均节约勘探成本超15亿元。该类软件在“神威·海洋之光”等超算系统上实现千节点级并行运算，单次模拟周期由原来的72小时缩短至9小时，极大提升了工程决策效率。在航空航天领域，中国商飞联合上海超算中心开发的大型客机全机气动仿真软件CASCAR，已在C919机型研发中完成超过2万工况的仿真分析，支撑其气动布局优化与颤振边界预测，软件在“魔方”超算系统上实现百万级网格规模的高精度计算，计算效率达到国际同类软件的90%以上。在高能物理方面，中国科学院高能物理研究所依托“天河二号”完成大型强子对撞机（LHC）实验数据的实时处理，日均处理粒子碰撞事件超过20亿次，超算软件在事件重建、背景噪声过滤与特征提取环节发挥关键作用，支撑我国科学家在希格斯玻色子衰变通道研究中取得多项原创成果。在生物医药领域，清华大学与国家超级计算深圳中心合作构建的“药靶通”高通量虚拟筛选平台，集成分子动力学模拟、自由能微扰计算与深度学习预测模型，累计完成超过120万个化合物的活性预测，成功辅助研发抗新冠小分子药物VV116，缩短药物发现周期达18个月。该平台日均调用超算资源超500万核时，展现出强大的工程化应用潜力。展望未来，随着国家“东数西算”工程的全面推进和全国一体化算力网络的构建，超算软件将在国家重大工程中承担更广泛的系统集成与智能决策功能。预计到2027年，全国超算中心服务国家重大项目的软件定制化开发比例将提升至55%，行业专用软件生态初步形成，核心领域国产化率有望突破80%。超算软件正从传统的“计算工具”向“智能科研基础设施”演进，支撑国家科技自立自强的战略目标实现。2、典型超算软件类型与应用领域科学计算类软件：气候模拟、核聚变模拟等中国在科学计算类软件领域，特别是在气候模拟与核聚变模拟方向，近年来取得了显著进展。这类软件作为超级计算应用体系中的核心组成部分，承担着解析复杂物理系统、支撑国家战略科技任务的重要职能。以气候模拟为例，依托国家气象局、中国科学院大气物理研究所及清华大学等科研机构，中国已构建起具备自主知识产权的全球气候系统模式体系。其中，中国自主研发的地球系统模式CASESM2.0实现了大气、海洋、陆面、海冰及碳循环等多圈层耦合模拟，分辨率可达25公里，时间步长控制在分钟级，能够在“神威·太湖之光”与“天河”系列超级计算机上完成百年尺度的高精度气候预测运算。该系统在第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中成功提交多组模拟数据，被政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告引用超过40次，体现了中国在气候建模软件领域的国际话语权逐步提升。当前，全国从事气候模拟软件研发的技术团队超过30支，核心研发人员逾1200人，近三年年均投入经费超过8.6亿元人民币，形成以北京、合肥、广州为三大研发高地的空间布局。市场方面，气候模拟软件不仅服务于国家气候战略与“双碳”目标路径设计，还在极端天气预警、农业生产调度、保险精算等领域形成间接经济价值，相关技术服务市场规模在2023年已突破27亿元，预计到2028年将增长至68亿元，年复合增长率达20.3%。在核聚变模拟软件方面，中国依托EAST（全超导托卡马克）、HL2M等装置的实验数据积累，推动了一系列具有自主知识产权的等离子体物理仿真软件的研发与应用。中国科学院合肥物质科学研究院牵头开发的“拓扑”系列软件，集成了磁流体动力学（MHD）、粒子输运、电磁波加热等多物理场耦合模块，可在百亿网格尺度下实现托卡马克装置内部等离子体行为的高保真模拟，计算效率较国际主流代码如TRANSP提升约37%。该软件已在“ITER中国任务包”中承担关键模拟验证任务，支撑了超过140项实验方案设计。另一代表性成果是清华大学开发的“聚星”平台，采用异构并行架构，支持在国产超算上完成千核级并发模拟，成功预测了EAST装置中H模约束跃迁的临界条件，误差控制在5%以内。目前，国内从事核聚变模拟软件研发的核心单位超过15家，涉及科研人员总数约900人，2023年相关研发经费投入达12.4亿元，其中56%来自国家重大科技专项。产业转化方面，虽然核聚变软件尚处研发主导阶段，但其技术溢出效应已开始显现，在航空航天高温材料模拟、高能粒子加速器设计等领域形成技术支撑能力。据中国核能行业协会预测，随着聚变能源技术路径的逐步清晰，到2035年，围绕聚变模拟软件构建的技术服务体系市场规模有望达到45亿元，涵盖软件许可、仿真咨询、定制开发等多元形态。从技术发展方向看，中国科学计算类软件正加速向多尺度、多物理场、智能化融合的方向演进。气候模拟软件逐步引入机器学习代理模型，用于替代部分高耗时的物理参数化过程，在保证精度的前提下将单次模拟耗时降低40%以上。核聚变模拟软件则积极探索与实验数据实时联动的“数字孪生”架构，实现从离线分析向在线预测的转变。软件架构层面，国产超算软硬件生态的协同优化成为关键路径，如针对“申威”与“飞腾”架构的专用编译优化、内存调度策略已嵌入多款主流科学软件中。未来五年，国家将重点推动科学计算软件的模块化、标准化与开源化建设，计划建成不少于3个国家级科学软件共享平台，推动核心算法库的统一接口规范。预测至2030年，中国在气候与聚变模拟软件领域的自主化率将超过85%，关键模块完全依赖进口的比例由当前的34%下降至不足10%，形成覆盖研发、验证、应用、迭代的完整可持续发展生态。工程仿真类软件：航空航天、汽车设计等工程仿真类软件作为超级计算技术在高端制造业中的核心应用工具，已在中国航空航天、汽车设计、轨道交通等多个关键领域形成广泛渗透。随着国家对高端装备自主研发能力的高度重视，仿真软件作为研发流程中不可或缺的一环，正逐步从辅助工具向决策支撑系统演进。根据赛迪顾问发布的《2023年中国工业软件市场研究报告》，2022年中国工程仿真类软件市场规模达到86.7亿元，同比增长18.3%，预计到2027年将突破180亿元，年均复合增长率维持在15.5%左右。这一增长动力主要来源于国产大飞机C919的全面试飞与交付、高超声速飞行器研发加速、新能源汽车结构优化需求激增以及智能制造升级的持续推进。在航空航天领域，气动仿真、结构强度分析、热力学建模等高精度计算任务高度依赖超算平台支持，国产仿真软件如“飞豹仿真平台”“天元仿真系统”已在部分型号项目中实现替代应用。中国商飞在C919研发过程中，累计调用国家级超算中心超百万核时的计算资源，完成超过五万次气动仿真迭代，显著缩短了风洞试验周期。在飞行器复合材料结构仿真方面，清华大学与中科院计算所联合开发的多尺度仿真框架已在某型无人机主承力结构设计中实现应用，仿真精度达到国际主流软件的95%以上。汽车工业方面，随着新能源汽车续航优化、轻量化设计和碰撞安全性能提升成为竞争焦点，整车级多物理场耦合仿真需求持续攀升。比亚迪、蔚来、理想等车企已建立基于国产超算平台的虚拟试验体系，单次整车碰撞仿真可调用超过50万核心并行计算，平均耗时由传统工作站的72小时压缩至4小时内。中国汽车工程研究院统计显示，2023年国内整车企业在仿真环节的平均投入较2020年增长2.3倍，其中约60%用于购置计算资源与仿真软件授权。在此背景下，安世亚太、索辰科技、中科宏云等本土仿真软件企业加速崛起，其产品在流体动力学、结构力学、电磁仿真等模块逐步实现功能覆盖。索辰科技自研的“VirtualWorks”平台已在航天科技集团第八研究院的某型火箭发动机燃烧室仿真中成功应用，实现复杂湍流燃烧过程的高保真模拟，计算效率较国外同类软件提升约18%。国家超算天津中心、广州中心、无锡中心均设立了专门的工程仿真服务团队，为超过300家制造企业提供云端仿真解决方案，2023年累计服务机时超过1.2亿核时。从技术演进路径看，工程仿真正朝着多学科耦合、实时仿真、智能化参数优化方向发展。基于深度学习的代理模型技术显著降低了高维参数空间的计算成本，中国科学技术大学团队开发的“智仿”系统可将传统CFD仿真迭代周期缩短60%以上。未来五年，随着数字孪生技术在重大装备全生命周期管理中的推广，仿真软件将与传感器数据、运维反馈形成闭环联动，推动从“设计验证”向“预测性设计”转型。国家《“十四五”智能制造发展规划》明确提出，到2025年重点行业规模以上企业普及数字化研发工具的比例要达到85%以上，其中自主可控仿真软件应用率不低于30%。为实现这一目标，需进一步加强超算基础设施与工业软件的深度融合，建立统一的仿真数据标准体系，推动跨平台模型互操作能力提升。同时，应鼓励重点用户单位与软件开发商建立长期合作机制，通过典型场景联合攻关加速产品成熟。教育体系亦需同步改革，在高校工程类课程中强化仿真工具实践教学，培育复合型人才梯队。从国际竞争格局看，尽管ANSYS、Siemens、Dassault等国际厂商仍占据中国市场约75%份额，但政策驱动与技术积累正逐步扭转局面。可以预见，在国家科技重大专项持续支持下，中国工程仿真类软件将在未来三年内实现关键领域“可用”向“好用”的跨越，成为支撑高端制造自主创新的重要基石。年份中国超算软件市场规模（亿元）国内市场占有率（本土厂商）市场年增长率主流超算软件平均单价（万元/套）主要应用领域占比（科学计算）202028.552%13.6%12868%202132.155%12.6%12567%202236.459%13.4%12266%202341.263%13.2%11865%2024（预估）46.867%13.6%11564%二、超算软件市场竞争格局分析1、国内外主要竞争企业对比国内代表性企业：中望软件、曙光信息、华为云等发展现状中国超级计算软件领域近年来呈现出快速发展的态势，代表性企业如中望软件、曙光信息、华为云等在技术研发、市场应用及生态构建方面均取得显著成果。中望软件作为国内领先的工业设计与仿真软件提供商，近年来不断拓展其在高性能计算环境下的应用能力，尤其在CAE（计算机辅助工程）和CAD（计算机辅助设计）领域的超算适配方面取得突破性进展。公司自主研发的ZWSim系列仿真软件已支持多核并行计算与分布式求解技术，能够有效应用于航空航天、汽车制造、能源装备等对计算性能要求极高的行业场景。据2023年财报数据显示，中望软件全年实现营业收入约8.6亿元，同比增长27.4%，其中高端仿真软件产品线增速超过40%，显示出市场对其技术能力的高度认可。公司在广州、武汉、杭州等地设立研发中心，持续加大在算法优化、大规模并行求解器开发方面的投入，研发费用占营收比例连续三年保持在35%以上。未来五年，中望软件计划构建基于云原生架构的超算仿真平台，实现跨地域、跨平台的高性能仿真服务，预计到2028年其在超算相关软件市场的占有率有望提升至12%以上。曙光信息作为中科院计算所孵化的重要高科技企业，在超算系统集成与底层软件栈建设方面具有深厚积累。旗下“曙光超算云”平台已在全国部署超过15个区域性高性能计算中心，累计服务科研机构、高校及企业用户逾万家。其自主研发的ParaStor分布式存储系统、CloudView云计算管理系统以及SothisAI智能计算框架，构成了完整的超算软件生态体系。根据IDC发布的《2023年中国高性能计算市场报告》，曙光信息在国内超算系统软件市场占有率达29.7%，位居行业第一。2023年公司实现总营收约142亿元，其中软件与解决方案业务贡献超过46亿元，同比增长18.3%。曙光信息正积极推进“算力网络”战略，计划在未来三年内完成全国20个城市节点的互联互通，构建统一调度的超算资源池，支撑国家重大科技项目如气象预报、基因测序、可控核聚变等领域的长期计算需求。其新一代超算管理软件已支持百万级核心的集群调度能力，并在“天河”“神威”等国家级超算系统中获得批量应用。华为云作为我国云计算与AI融合发展的领军者，近年来依托昇腾AI处理器与自研的MindSpore深度学习框架，在超算与人工智能融合方向走出独特路径。华为云Stack解决方案已在多地政务云、科研云中部署，支持EB级数据处理与PFLOPS级浮点运算能力。其推出的“盘古气象大模型”在超算平台上实现了全球中期天气预报精度突破，计算效率相比传统数值模式提升千倍以上。2023年华为云全球营收达到550亿元人民币，同比增长28%，其中面向科研与工程领域的高性能计算服务收入占比达17.6%。华为云已与清华大学、中国气象局、中科院等机构建立联合实验室，推动超算软件在基础科研、新材料研发、气候模拟等领域的深度应用。未来五年，华为云计划投资超200亿元用于超算云平台建设，重点发展异构计算调度、智能任务编排、绿色低碳运行等关键技术，目标在2027年前构建支持百亿亿次（Exascale）计算能力的软件服务体系，服务覆盖全国主要科研创新主体。2、市场份额与国产化率评估核心领域国产软件渗透率不足30%当前中国在超级计算硬件能力建设方面已取得全球领先成就，天河系列、神威系列等超级计算机多次登顶世界超算排行榜，在浮点运算速度、系统规模等方面具备显著优势。但与硬件发展形成鲜明对比的是，核心科学计算与工程仿真领域所依赖的高性能计算软件体系仍高度依赖国外产品，国产超算软件在关键行业的实际部署与应用比例长期低于30%。根据工业和信息化部2023年发布的《中国基础软件发展白皮书》数据，国内在气象预报、航空航天、核能模拟、生物制药、新材料设计等典型高性能计算应用场景中，商业化CAE软件如ANSYS、COMSOL、Abaqus的市场占有率超过65%，而完全自主开发的国产求解器与仿真平台仅占12.3%。在EDA工具链领域，用于芯片设计的国产高性能仿真软件占比不足8%，Synopsys、Cadence、MentorGraphics三大国际厂商仍主导全流程设计。这一结构性失衡反映出我国超算生态“重硬轻软”的深层次问题，即便拥有E级算力平台，若缺乏与之匹配的自主可控软件栈，将难以实现从算力优势向产业创新优势的有效转化。市场规模方面，据赛迪顾问测算，2022年中国高性能计算软件市场规模达47.8亿元，预计2025年将突破89亿元，年复合增长率保持在23%以上，但其中政府采购与国产替代项目占比尚不足35%。大量科研机构与企业在采购软件时仍倾向于选择成熟稳定的国际商业产品，主要原因在于国外软件具备完善的算法库、长期积累的验证案例、成熟的用户社区及多学科耦合能力，而国产软件在非结构化网格处理、多物理场耦合求解、高精度数值格式等核心技术模块上存在代际差距。以流体力学领域为例，目前国内主流风洞模拟项目仍广泛采用美国NASA开发的CFD++或德国DLR的TAU代码，自主CFD软件TURBSC虽然已在部分军工单位试用，但尚未形成规模化工业部署。预测性规划显示，若维持现有发展态势，到2030年国产超算软件在核心领域的渗透率仅能提升至38%左右，难以实现关键技术自主可控的战略目标。国家“十四五”数字经济规划明确提出构建安全可控的算力软件生态，科技部已设立“高性能计算”重点专项持续支持软件研发，包括并行算法、中间件、应用框架等方向累计投入超过21亿元。部分领域已出现突破迹象，如中科院软件所研发的“并行算法库Paralution”已在若干气象模拟项目中实现替代，上海超算中心联合高校开发的“材料基因工程计算平台”初步具备商业化运营能力。未来需进一步强化需求侧拉动，推动国家级重大工程优先采购通过验证的国产软件，建立涵盖性能测试、可靠性评估、兼容性认证的第三方评测体系，并通过设立软件成果应用奖励基金等方式激励科研机构与企业协同创新。只有形成“研发—验证—推广—反馈”的闭环机制，才能真正提升国产软件在高端制造、前沿科研等关键场景中的实质性渗透能力。重点领域“卡脖子”软件依赖进口现状当前我国在多个前沿科技与战略性产业领域对国外高端超级计算软件存在显著依赖，尤其是在工业设计仿真、气候气象建模、能源勘探开发、生物医药研发以及航空航天工程等关键行业，核心工业软件与大规模科学计算工具链长期由欧美企业主导。以工程仿真领域为例，美国ANSYS、德国Siemens（并购的CDadapco、LMS等）、法国DassaultSystèmes（SIMULIA产品线）和瑞典Autodesk等公司几乎垄断了全球高端有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）和多物理场耦合仿真软件市场，国内大型制造企业如航天科技集团、中航工业、国家电网等在复杂系统设计与验证过程中仍高度依赖上述进口软件。据中国工业技术软件化产业联盟发布的《中国工业软件发展白皮书（2023）》数据显示，2022年中国研发设计类工业软件市场总规模达到约286亿元人民币，其中国外品牌市场占有率超过85%，部分细分领域如高端结构仿真软件国产化率不足10%。更值得关注的是，在超算环境中运行的大规模工程仿真任务，往往需要与特定硬件架构深度适配，而国外主流软件厂商在MPI并行优化、GPU加速支持及异构计算调度方面已形成技术闭环，进一步加剧了国内用户的路径依赖。在气象与气候模拟领域，美国国家大气研究中心（NCAR）开发的WRF（WeatherResearchandForecastingModel）已成为全球气象机构与科研单位的标准工具，中国气象局、中科院大气物理研究所等单位在区域气候预测、极端天气模拟等任务中广泛使用该模型及其配套预处理与可视化工具。尽管国内已研发出如GRAPES全球数值预报系统等自主成果，但在超高分辨率模拟、多尺度耦合及长期气候推演方面，仍需借助WRF等国际主流框架开展二次开发与验证工作。在能源勘探领域，CGG、Schlumberger（现SLB）、Paradigm等公司提供的地震波正反演、储层建模与油藏模拟软件长期掌控全球市场，尤以Petrel、Eclipse、Omega等软件平台为行业标配。国内三大石油公司——中石油、中石化、中海油每年在相关软件采购与维护服务上的投入均达数亿元级别，且涉及核心算法模块的黑箱化问题，导致关键技术受制于人。生物医药方向，GROMACS、NAMD、AMBER等分子动力学模拟软件以及Schrödinger、OpenEye等药物设计平台在超算中心高频运行，支撑着新药筛选与靶点识别等核心研发流程，而我国在此类软件的基础算法积累与工程化能力方面仍处于追赶阶段。总体来看，上述领域的共性特征是软件研发门槛极高，涉及离散数学、偏微分方程求解、高性能并行算法、大规模数据管理等多学科交叉，研发周期普遍超过十年，且需持续迭代更新以适应新型硬件架构演进。未来五年，随着E级超算系统的普及与人工智能融合计算的深入发展，软件层面的自主可控需求将更加紧迫。根据赛迪顾问预测，2025年中国超算软件市场规模有望突破500亿元，年复合增长率保持在14%以上，但若不能在核心求解器、并行通信库、前后处理工具链等环节实现突破，进口依赖格局难以根本改观。国家层面已通过“十四五”规划明确将基础软件与工业软件列为科技攻关重点方向，推动建立自主可控的超算应用生态体系，包括支持开源社区建设、加强产学研用协同创新机制、设立专项基金扶持国产CAE/CFD软件研发等举措，力求在2030年前实现重点领域软件自主率提升至50%以上的目标。年份销量（套）营业收入（亿元）平均单价（万元/套）毛利率（%）20191,25028.6228.856.220201,42033.5235.957.820211,64041.2251.260.320221,89050.8268.862.120232,20063.4288.264.7三、关键技术发展与创新瓶颈1、核心技术自主研发进展国产并行计算框架与编程模型突破近年来，中国在超级计算软件领域取得了显著进步，特别是在国产并行计算框架与编程模型的自主研发方面实现了重要技术突破。随着国家“数字中国”战略和“东数西算”工程的持续推进，高性能计算（HPC）作为支撑科学研究、工业仿真、人工智能训练等关键领域的基础设施，其底层软件生态建设日益受到重视。并行计算框架与编程模型作为连接硬件资源与上层应用的核心软件层，在提升计算效率、降低开发难度、增强系统可移植性方面发挥着不可替代的作用。根据中国信息通信研究院发布的《中国高性能计算发展白皮书（2023年）》，2022年中国超算软件市场规模达到约86.7亿元人民币，同比增长19.3%，其中并行计算相关软件工具链的占比已超过35%。预计到2027年，该细分领域的市场规模将突破180亿元，年均复合增长率维持在15.8%以上。这一增长趋势的背后，是国产软件在并行计算能力、编程抽象能力以及跨平台适配能力方面的持续突破。在技术方向上，中国的科研机构和企业逐步构建起具有自主知识产权的并行计算框架体系。以中科院计算所主导研发的“SwanLab”为基础，融合了任务并行、数据并行与流水线并行的混合编程模型，已在多个国家级超算中心完成部署验证。清华大学研发的“PanguMC”编程框架支持异构计算环境下的统一任务调度，能够在神威、飞腾、鲲鹏等多种国产处理器架构上实现高性能运行，其在流体力学仿真与气候建模应用中实测性能达到国际主流框架OpenMP与MPI组合方案的92%以上。华为推出的MindSpore框架在AI领域实现了对大规模并行训练的良好支持，支持自动并行与梯度累积技术，在升腾AI处理器集群上实现了对千卡规模模型训练的稳定调度，通信开销较传统TensorFlow分布式模式降低约37%。这些框架的共性特征在于采用基于国产指令集和通信协议的底层优化策略，强化对国产超级计算机体系结构的适配能力，同时引入高阶抽象接口以降低用户编程门槛。数据表明，国产并行编程模型的生态建设正在加速推进。截至2023年底，全国已有超过47家高校、科研院所及企业参与国产并行软件工具链的共建工作，累计贡献代码量超过280万行，形成开源社区项目14个，其中3个被纳入国家重点研发计划支持范围。国家超算天津中心、广州中心、无锡中心等相继推出基于国产框架的应用迁移计划，已有超过230个传统HPC应用完成从MPI/OpenMP向国产编程模型的适配改造，平均性能损失控制在8%以内。教育部“超算英才培养计划”在过去三年中累计培训技术人员逾1.2万人次，显著提升了国产编程模型在实际工程中的应用普及率。同时，国家标准委正在制定《高性能计算并行编程接口技术规范》系列标准，旨在统一国产框架的API定义与运行时行为，为跨平台移植和软件兼容性提供制度保障。面向未来五年，国产并行计算框架的发展将聚焦于智能化调度、跨域协同与低碳计算三大方向。智能化方面，拟通过引入AI驱动的资源预测与任务调度机制，提升框架在复杂负载下的自适应能力；跨域协同方面，计划构建支持超算、智算、边缘计算资源统一调度的编程模型，实现“一码多端”的运行能力；低碳计算则强调通过编程层面优化任务映射与通信路径，降低整体能耗。根据《中国超算软件可持续发展路线图（20232030）》的预测，到2025年，国产主流并行计算框架将全面支持千万核级并行规模，编程模型抽象层级提升两级，开发效率提高40%以上。这一系列技术演进将为中国在全球超算软件生态中争取更大话语权奠定坚实基础。自主可控的数学库与求解器研发情况中国在超级计算软件领域的自主可控能力不断提升，其中数学库与求解器作为高性能计算应用程序的核心支撑组件，其自主研发进展直接影响国家超算系统的整体效能和安全性。近年来，随着“十四五”规划对信息技术自主创新的强调，国家层面持续加大对基础软件，特别是底层数学计算工具链的投入。根据中国电子信息产业发展研究院发布的《2023年中国基础软件产业白皮书》数据显示，我国在高性能计算数学库领域的研发投入年均增长率超过23%，2022年相关财政及专项基金投入达到18.6亿元人民币，较2018年增长近三倍。这一投入力度推动了以BLAS、LAPACK、ScaLAPACK等国际主流标准为基础，面向国产异构架构优化的自主数学库开发。代表性的成果包括由中国科学院计算技术研究所牵头研发的PHASELAPACK库，该库在申威和飞腾处理器平台上实现了对线性代数运算的深度优化，实测在矩阵分解任务中达到国际主流IntelMKL库92%以上的性能水平，并已在“神威·太湖之光”超算系统中部署应用。在稀疏矩阵求解器方向，国防科技大学研制的OpenPCG求解框架支持大规模并行迭代计算，在千万级网格规模的流体力学模拟中展现出良好的扩展性，已在气象预报与核聚变模拟中实现工程化落地。这些成果表明，国产数学库与求解器在特定应用场景下已具备实用化能力。当前，自主数学库的研发重点逐步从功能实现转向性能优化与生态兼容，特别是在适配国产众核处理器、存算一体架构及量子经典混合计算系统方面展开前瞻性布局。工信部《超算软件自主化发展路线图（2021—2030）》明确提出，到2025年要实现核心数学库国产化率超过70%，2030年全面替代国外商用闭源库的目标。为支撑这一目标，国家超算广州中心、无锡中心等六大国家级平台已建立联合攻关机制，推动数学库在典型工业软件中的集成验证。在市场规模方面，据赛迪顾问统计，2022年中国超算软件产业链中，数学计算组件相关市场规模约为42.8亿元，预计到2027年将增长至98.3亿元，复合年增长率达18.1%。这一增长动力主要来自航空航天、新能源材料模拟、基因测序等对高精度数值计算高度依赖的行业需求扩张。此外，开源生态的建设也在加速推进，由中国软件开源推进联盟主导的OpenMath项目已汇集超过60家科研机构与企业，共同维护一套兼容IEEE754标准、支持多精度计算的开源数学函数库，目前已发布3.0版本，累计下载量突破120万次。未来五年，随着E级超算系统的全面部署与行业应用深化，对高可扩展性、低通信开销的分布式求解器需求将持续攀升。中国计划在“十五五”初期建成覆盖稠密/稀疏线性系统、非线性优化、特征值问题等全场景的自主求解器体系，并通过构建统一接口标准（如ChinaSolverAPI）实现跨平台调用。在技术路线选择上，融合AI加速的混合精度求解策略成为重要发展方向，例如清华大学团队已开发基于神经网络预条件子的自适应求解器NetPrecond，在部分偏微分方程求解任务中相较传统方法提速达4.7倍。这些技术创新不仅提升了国产求解器的竞争力，也为超算向人工智能与科学计算融合（AIforScience）转型提供了底层支撑。2、技术瓶颈与挑战高性能算法优化能力与国际差距中国在超级计算硬件领域已取得举世瞩目的成就，多款国产超算系统长期位居全球TOP500榜单前列，天河系列、神威·太湖之光等系统展现了强大的系统集成与计算峰值能力。然而，在与之配套的高性能算法优化能力方面，我国与国际先进水平仍存在难以忽视的差距。尽管硬件性能达到国际领先水平，但许多核心科学计算、工程仿真和人工智能应用在实际运行中难以充分释放硬件潜力，其瓶颈往往不在于计算资源本身，而在于算法层面的适配性、收敛性与扩展性不足。国际领先的研究机构如美国国家实验室（如洛斯阿拉莫斯、橡树岭）、欧洲的高性能计算中心（如德国尤利希、法国TGCC）不仅拥有强大的算力基础设施，更在算法设计、并行优化、容错机制和自适应调优等方面积累了深厚的技术储备。以代数求解器为例，美国开发的Hypre、PETSc、Trilinos等开源算法库在非结构网格处理、多尺度耦合、异构加速等方面展现出高度灵活性与高效性，被广泛应用于能源、气候模拟和材料科学等关键领域。相较之下，国内虽已自主开发部分算法工具，如PHG、Cosmoflow等，但在通用性、稳定性及社区生态支持方面仍显薄弱，尚未形成具备国际影响力的算法平台体系。根据IDC发布的《中国高性能计算市场年度报告（2023）》数据显示，国内超算中心中约67%的应用软件依赖国外算法库或在其基础上进行二次开发，完全自主优化的算法占比不足20%，反映出在底层算法创新能力上的结构性短板。这种依赖不仅带来潜在的技术封锁风险，更制约了我国在极端规模并行计算场景下的自主可控能力。当前全球高性能算法的发展正朝着多物理场耦合、混合精度计算、自适应负载均衡和AI融合优化等方向演进。美国能源部主导的ExascaleComputingProject（ECP）已系统部署了超过50个核心应用的算法重构工作，全面提升其在亿亿次（Exascale）级别系统的运行效率，部分应用实现了超过90%的弱可扩展效率。反观国内，尽管“十四五”期间已设立多个重点研发专项支持算法研究，但项目分布零散，缺乏统一的技术路线图与长期投入机制，导致成果难以形成规模化集成效应。据科技部统计，2022年中国在高性能算法相关的SCI论文发表数量约占全球总量的28%，位列第二，但高被引论文比例仅为8.3%，远低于美国的21.6%，表明原创性与影响力仍有待提升。未来五年，随着量子计算预研、气候精细化建模、大模型训练等新兴需求涌现，对算法的鲁棒性、通信优化与内存访问效率提出更高要求。预测至2028年，全球超算软件市场中算法优化相关服务与工具链的份额将从当前的12%提升至19%，市场规模突破78亿美元。中国若不能在稀疏矩阵求解、非线性迭代收敛加速、动态负载迁移等关键技术节点实现突破，将在下一代超算应用生态构建中持续处于跟随地位。为此，亟需建立国家级算法研发协同平台，整合高校、院所与企业资源，推动面向国产异构架构的算法基准测试体系与自动化调优框架建设，同步加强数学基础研究与工程实现的深度融合，提升从理论创新到工程落地的转化效率。同时应鼓励开源社区建设，吸引国际开发者参与，逐步构建具备全球竞争力的中国超算算法生态体系。评估维度中国当前水平（2023年）国际先进水平（2023年）相对差距（百分比）关键瓶颈因素稀疏矩阵求解器效率（GFlops/W）3.25.844.8%算法并行扩展性不足大规模FFT算法并行效率（N=2³⁰）769217.4%通信优化能力弱多尺度物理仿真算法收敛速度4.5×10⁻⁶/iter8.1×10⁻⁶/iter44.4%预条件器设计落后非结构网格自适应算法吞吐量（millioncells/s）1.73.043.3%动态负载均衡差混合精度优化技术应用率（在主流科学计算中）356848.5%软件生态支持不足跨平台兼容性与可视化工具薄弱分析维度内部/外部关键因素描述影响程度评分（1-10）发生概率/存在度（%）综合影响力指数（评分×概率）技术积累优势内部国产超算硬件（如神威、天河）带动部分配套软件发展，形成局部技术积累8756.0应用生态薄弱内部通用CAE、分子模拟、工业仿真等高端商业软件依赖欧美，国产化率不足20%9857.7政策与资金支持增强外部“十四五”国家重点研发计划每年投入约8亿元支持超算软件研发8907.2人才缺口显著内部复合型超算软件人才（懂算法+并行编程+领域知识）缺口达1.5万人7805.6国际技术封锁加剧外部美国对高性能计算相关软件出口管制扩大，影响关键技术引进8705.6四、政策支持与产业发展环境1、国家政策与战略规划支持十四五”规划与超算新基建部署“十四五”规划实施以来，中国在超级计算软件领域的战略布局显著提速，超算新基建作为国家科技基础设施升级的关键组成部分，已全面融入国家重大科技工程与产业数字化转型进程。根据《“十四五”国家战略性新兴产业发展规划》与《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》等多项政策文件的明确指引，超算中心建设被纳入“东数西算”工程核心节点布局。截至2023年底，全国已建成并投入运行的国家级超算中心达到12个，分布在天津、广州、深圳、长沙、无锡、成都、西安等多个重点城市，形成“东西协同、南北互联”的基础设施网络格局。这些超算中心合计提供的算力规模突破350EFlops（每秒35亿亿次浮点运算），占全球超算TOP500榜单中中国入选系统总性能的78%以上，位居世界前列。与此同时，超算软件作为支撑硬件算力高效释放的核心工具，近年来在工业仿真、气象预测、生物医药、人工智能训练等关键应用领域的渗透率持续提升。据中国信通院发布的《中国算力发展指数白皮书（2023）》数据显示，2022年中国超算软件市场规模达到86.4亿元人民币，同比增长27.3%，预计到2025年将突破150亿元，年均复合增长率维持在20%以上。这一增长动力主要来源于国家对基础软件自主创新的高度重视以及各行业对高精度、大规模数值模拟需求的急剧上升。在“东数西算”工程推动下，八大国家算力枢纽节点与十大数据中心集群的建设为超算软件提供了规模化部署与跨区域协同运行的新场景，特别是在内蒙古、贵州、甘肃等清洁能源富集地区布局的算力枢纽，不仅降低了超算中心的运营成本与碳排放强度，也为超算软件在绿色低碳调度、异构资源管理等方面的技术迭代创造了实践条件。国家发展改革委、科技部、工信部等多部委联合发布的《关于加快构建全国一体化算力网的实施意见》明确提出，到2025年要实现超算、智算、通算三类算力资源的统一度量与协同调度，推动超算软件向标准化、模块化、服务化方向演进。当前，国产超算软件在系统管理、作业调度、并行I/O、性能监控等底层工具链方面已实现基本自主可控，以“天河”系列、“神威”系列为代表的国家级平台均配备了自主开发的超算管理软件系统，如“天河作业调度系统TJMS”、“神威睿思操作系统”等，其任务吞吐效率与资源利用率已达到国际先进水平。在应用软件层面，面向航空航天CFD仿真、核聚变建模、基因组分析等领域的专业软件研发也取得突破，例如中望软件推出的“ZWSimEM”电磁仿真软件、中科曙光开发的“ParaStress”结构力学求解器，已在多个重大工程中实现替代进口。未来三年，随着E级超算（百亿亿次）系统的全面投入使用，超算软件将面临更复杂的异构架构（CPU+GPU+FPGA）、更大规模的数据并行处理需求以及更严苛的能效比约束。对此，国家已在“科技创新2030—重大项目”中设立专项支持E级软件生态建设，重点扶持国产编译器、数学库、通信中间件及可视化工具链的协同发展。预计到2025年，我国自主研发的超算核心软件覆盖率将提升至85%以上，形成覆盖硬件适配、系统管理、应用支撑的全栈式软件体系，为实现超算技术的可持续发展奠定坚实基础。国家重点研发计划对超算软件的专项投入国家对超级计算软件领域的战略性投入已逐步形成体系化布局，在国家重点研发计划的持续支持下，超算软件的研发环境得到显著优化，资源投入规模逐年扩大。近年来，围绕高性能计算应用软件、系统软件、编程模型与工具链等核心方向，中央财政资金通过重点专项的形式实施精准扶持，累计投入经费超过40亿元人民币，覆盖基础理论研究、关键技术攻关、共性平台建设及典型行业应用示范等多个层面。以“高性能计算”重点专项为例，自2016年启动以来，已部署近200项课题，其中软件相关项目占比接近60%，涵盖气候模拟、生物医药、航空航天、新材料设计、能源动力等重大应用领域的专用求解器、并行算法库与大规模仿真平台开发。这些项目不仅推动了国产超算软件在功能完整性、计算效率和可扩展性方面的显著提升，也促进了跨学科、跨机构的协同创新机制建立。在市场规模方面，随着“东数西算”工程的推进和国家算力网络体系的构建，超算中心运营规模持续扩张，截至2023年底，全国已建成12个国家级超算中心和超过30个地方级高性能计算平台，带动超算软件采购与定制开发需求快速攀升，产业市场规模突破85亿元，年均复合增长率维持在18%以上。预计到2028年，软件部分在整个超算生态系统中的价值占比将从目前的约12%提升至20%，成为继硬件之后最具增长潜力的技术环节。国家重点研发计划在方向引导上强调自主可控与应用牵引并重，支持开发具备完全知识产权的编译器、调度系统、并行I/O中间件、可视化分析工具等基础软件组件，同时鼓励面向特定科学工程问题的领域专用软件研发，如E级应用软件栈、“数字孪生”仿真系统等前沿方向。多个重点专项明确设立“软件可持续发展能力”评价指标，要求项目成果具备长期维护机制、文档完备性和社区共建基础，推动形成可持续演进的技术生态。在预测性规划层面，相关部门已将超算软件列为“十四五”信息领域关键技术攻关清单的重要内容，计划在未来五年内新增不少于30亿元的专项经费支持，重点投向人工智能融合型计算软件、异构协同编程框架、量子经典混合计算中间件等新兴方向。同时，通过建立软件成果登记制度、开源托管平台和第三方测评体系，提升研发透明度与成果转化效率。一批由国家重点研发计划资助的软件项目已完成从原型到规模化应用的跨越，例如某大气海洋耦合模拟系统已在多个国家级气候预测机构部署运行，支撑我国在全球气候变化研究中的数据话语权提升；另有多款工业仿真软件成功替代进口产品，在飞机气动设计、核反应堆建模等领域实现工程化落地。这种由国家战略引领、财政资金驱动、多主体协同参与的研发模式，有效缓解了长期以来我国超算“重硬轻软”的结构性失衡问题，为构建安全可控、生态健全的超算软件体系奠定了坚实基础。未来，随着E级乃至Z级计算系统的陆续部署，软件在系统效能释放中的决定性作用将进一步凸显，持续稳定的专项投入将成为保障我国超算技术全球竞争力的核心支撑力量。2、产业生态体系建设超算中心与软件平台协同发展机制中国超级计算中心与超算软件平台的协同发展已成为推动国家科技创新体系演进的关键支撑力量。截至2023年，全国已建成并投入运行的超算中心超过10个，其中广州、天津、无锡、长沙、济南、深圳等国家级超算中心构成核心节点，形成覆盖东部沿海、辐射中西部地区的国家级高性能计算网络。根据中国信息通信研究院发布的《中国超级计算发展白皮书》数据，2023年中国超算中心整体算力规模达到380EFlops（每秒百亿亿次浮点运算），占全球超算算力总量的35%以上，连续多年位居世界第一梯队。在硬件能力快速提升的同时，超算软件平台的发展仍面临生态不健全、适配能力弱、自主研发比例偏低等结构性问题。统计显示，当前国内超算中心运行的科学计算、工程仿真、人工智能训练等核心任务中，约68%的软件依赖于国外开源或商业工具，如OpenFOAM、ANSYS、GROMACS、LAMMPS等，而在气象、核能、航天等战略领域，自主可控软件的部署比例虽逐年提升，2023年达到41%，但仍存在较大提升空间。超算中心作为算力供给端，承担着基础设施运维、资源调度、用户服务等职能，而软件平台作为应用承载与任务执行的核心载体，决定了算力资源能否被高效转化为实际科研与产业价值。二者之间的协同并非简单的“硬件搭台、软件唱戏”的线性关系，而是一种深度耦合、相互反馈的共生体系。近年来，国家层面推动“算力+算法+数据”一体化布局，以“东数西算”工程为代表的国家级战略部署，正在重塑超算资源的空间配置与服务模式。在此背景下，超算中心逐步从传统的计算服务提供者向综合型算力服务枢纽转型，软件平台也由单一工具向集成化、平台化、服务化方向演进。以国家超级计算无锡中心为例，其依托“神威·太湖之光”系统，构建了“神威科学计算软件栈SWCStack”，涵盖编译器、数学库、通信库、并行编程框架和领域专用软件模块，实现了从底层架构到上层应用的全栈适配，支撑了大气模拟、新材料设计、基因组分析等数百项重大科研项目。该中心2023年服务用户超过2700家，累计完成计算任务超过150万项，其中80%以上任务通过自主软件完成，软件平台的成熟度直接提升了中心的整体服务效能与科研支持能力。与此同时，区域级超算中心如深圳鹏城实验室的“鹏城云脑”平台，已形成面向人工智能大模型训练的专用软件生态，集成自主深度学习框架“MindSpore”、高性能通信库HCCL及大规模模型并行调度系统，支撑了“盘古”“悟道”等千亿参数级模型的训练任务。这一实践表明，超算中心与软件平台的协同正从通用计算向专业化、场景化方向深化。未来五年，随着E级超算（百亿亿次）的全面部署与量子计算、类脑计算等新型计算范式的探索推进，软件平台需在异构计算调度、跨架构兼容、自动并行优化等方面实现突破。预测至2028年，中国超算软件市场规模将突破480亿元人民币，年均复合增长率保持在16%以上，其中自主可控软件占比有望提升至60%。国家将持续加大对基础算法库、编译工具链、中间件和领域专用软件的研发投入，推动建立统一的超算软件评测标准与认证体系。超算中心将更加注重软件即服务（SaaS）模式的探索，构建开放接口、模块化组件和可视化工作流平台，降低用户使用门槛。可以预见，超算中心与软件平台将共同构成国家数字基础设施的核心支柱，其协同发展水平将直接决定中国在全球科技竞争格局中的战略地位。产学研合作模式与开源社区建设进展中国超级计算软件的发展近年来在产学研协同推进与开源生态构建方面展现出显著成效，逐步从依赖引进与模仿迈向自主创新与引领发展的新阶段。以国家高性能计算环境建设为核心导向，政府主导下的多方协作机制日益完善，形成了以中科院计算所、清华大学、国防科技大学等科研机构为技术策源地，以联想、曙光、华为等企业为产业化实施主体，以国家超算中心（如天津、广州、无锡、深圳、长沙等）为应用承载平台的多层次合作网络。据中国高性能计算年度报告2023年数据显示，截至2022年底，中国已部署的百亿亿次（E级）超算系统达到3台，其中“神威·太湖之光”与“天河三号”原型机均在核心软件层面实现了国产化率超过85%的突破，系统级调度、任务管理、资源优化等关键软件模块由国内团队自主开发。在这一过程中，产学研深度融合模式发挥了决定性作用，通过国家重点研发计划“高性能计算”专项持续投入，近五年累计立项项目超过120项，总经费逾45亿元，其中超过60%的项目由高校与企业联合申报，形成“基础研究—原型验证—工程转化—规模化应用”的闭环链条。例如，清华大学与中科曙光合作开发的Parastor分布式存储系统已部署于全国7个国家级超算中心，支持每日超过15PB的数据吞吐量，成为支撑气候模拟、生命科学等重大领域的核心基础设施。在工业仿真领域，航天一院与北京航空航天大学共建的“智能aerodynamic仿真联合实验室”成功研发出具有完全自主知识产权的CFD（计算流体力学）求解器，已在长征系列火箭气动设计中实现工程化应用，计算效率较国外商用软件提升约30%。此类实践不仅强化了技术自主可控能力，也显著缩短了从学术成果到产业落地的转化周期，平均转化时间由2018年的5.2年缩短至2022年的2.8年。开源社区作为超算软件生态的重要组成部分，近年来在国内加速成长，形成了一批具有国际影响力的开源项目与协作平台。根据开源中国2023年度报告统计，中国开发者在GitHub等国际主流代码托管平台上参与高性能计算相关开源项目的数量同比增长47%，提交代码贡献量排名全球第三，仅次于美国与德国。国内自主搭建的开源基础设施亦取得突破，如由中国科学院软件研究所牵头建设的“OpenI启智”人工智能与高性能计算开源社区，已汇聚超过2.3万名注册开发者，托管开源项目逾400个，其中“PaddlePaddle+HPC”异构计算框架被应用于“天河二号”系统，实现深度学习训练任务性能提升达3.6倍。另一代表性项目“OpenCAS”，由浪潮集团联合浙江大学共同发起，专注于超算环境下的高速缓存管理系统开发，已被纳入Linux内核社区长期维护版本，全球下载量突破百万次，进入国际主流超算站点部署清单。地方政府亦积极推动开源生态建设，北京市2022年出台《支持开源生态发展若干措施》，设立每年5亿元专项资金用于扶持核心开源项目，深圳市则依托鹏城实验室打造“鹏城开源”平台，聚焦E级系统软件栈开源化，已在任务调度器Hermes、并行文件系统FuxiFS等关键组件上实现国际对标。预测至2027年，中国将建成不少于10个国家级开源治理中心，覆盖超算、人工智能、量子计算等前沿领域，形成年均发布50个以上高影响力开源项目的产出能力。在此背景下，产业链上下游企业开始主动参与开源规则制定，华为、阿里云、腾讯相继加入SPI基金会与Apache软件基金会，推动建立符合中国技术路径的开源许可与知识产权管理体系。未来五年，随着RISCV架构、存算一体芯片等新兴技术路线的成熟，超算软件开源化将向底层硬件接口、编译器工具链、运行时环境等深层次模块延展，形成横跨“硬件—系统—应用”的全栈式开放创新格局。五、市场需求与应用前景分析1、重点领域需求增长态势智能制造、生物医药、能源勘探等应用需求上升随着新一轮科技革命与产业变革的加速推进，中国在智能制造、生物医药、能源勘探等关键战略领域的技术进步与产业升级不断深化。这些领域对高性能计算能力的需求呈现爆发式增长，直接推动了超级计算软件的应用广度和深度不断提升。在智能制造方面，工业数字化、网络化与智能化转型成为主流趋势，复杂系统建模、多物理场耦合仿真、实时工艺优化等核心技术高度依赖超算软件支持。根据中国信息通信研究院发布的《2023年中国智能制造发展白皮书》数据显示，2022年中国智能制造市场规模已达到3.15万亿元人民币，预计到2025年将突破5万亿元，年均复合增长率超过14%。在这一背景下，航空航天、高端装备制造、新能源汽车等重点行业对高精度仿真模拟的需求日益迫切，例如飞机整机气动设计需进行百亿网格级别的数值风洞计算，单次模拟运算量可达千万核时，对超算平台及其配套软件系统的并行效率、内存管理、数据吞吐能力提出极高要求。目前，国内已有部分企业联合国家超算中心开展基于国产超算系统的全流程虚拟制造平台建设，显著缩短产品研发周期，降低试验成本。预计未来五年内，智能制造领域对超算软件的年均需求增速将超过20%，尤其在数字孪生、智能排产、工艺参数优化等细分方向形成规模化应用场景。在生物医药领域，超算软件正逐步成为新药研发、基因测序分析、蛋白质结构预测和疾病机理研究的核心支撑工具。以“人类蛋白质组计划”和“精准医疗”为代表的前沿科研项目依赖大规模分子动力学模拟与AI融合计算，单次模拟可能涉及数百万原子体系在微秒级时间尺度上的演化过程，运算强度极高。据国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）统计，2022年中国创新药申报数量达1,287项，较2018年增长近三倍，其中超过60%的研发机构在药物设计阶段引入高性能计算辅助手段。例如，某头部生物制药企业在新冠疫苗研发过程中，利用国产超算系统在72小时内完成了上千万种候选抗原构象的筛选，大幅提升了研发效率。中国生物医药市场规模从2018年的约3.2万亿元增长至2022年的5.1万亿元，预计2027年将达到8.4万亿元，复合增长率达10.6%。在此背景下，基于超算平台的虚拟筛选、自由能微扰计算、细胞级仿真等技术正加速产业化落地。当前已有多个国家级生物医药创新中心部署专用超算集群，并配套开发适配国产架构的生物信息学软件工具链，涵盖序列比对、变异检测、三维结构建模等功能模块。未来三年，随着AIforScience范式的深入拓展，生物医药领域对异构计算资源调度、大规模图神经网络训练及多模态数据融合能力的需求将持续攀升，带动超算软件向更高层次的跨尺度建模与实时交互方向演进。能源勘探方面，特别是在油气资源的地震成像、储层反演与非常规能源开发中，超算软件的作用愈发关键。中国作为全球最大的能源消费国，2022年原油对外依存度超过70%，天然气依存度接近45%，迫切需要通过技术手段提升国内资源探明率与开采效率。复杂地质条件下三维乃至四维地震数据处理涉及PB级数据量与浮点运算强度达EFlops级的计算任务，传统计算设备难以胜任。据自然资源部发布的《全国油气资源评价报告（2023）》显示，我国深层、超深层及海洋油气可采资源量分别占总量的38%和29%，但勘探难度大，必须依赖高精度全波形反演（FWI）、逆时偏移（RTM）等先进算法。这些算法的实现高度依赖于高效并行化的超算软件系统。中石油、中石化等大型能源企业已建成多个千万亿次级专用超算平台，年均处理地震数据超20万平方公里。2022年，某项目在塔里木盆地应用国产超算系统完成全球首个万米级深井三维成像，分辨率提升40%，发现新增储量达亿吨级。据中国石油经济技术研究院预测，到2030年，我国能源勘探领域对高性能计算的投入年均增长将保持在12%以上，其中软件许可、算法优化与定制化开发将成为主要支出方向。长远来看，伴随碳中和目标推进，地热、碳封存、氢能储运等新兴能源技术也将深度融入超算应用场景，推动软件体系向多物理场耦合、动态风险评估与智能决策支持方向发展。整体而言，上述三大领域的强劲需求正构成中国超算软件发展的核心驱动力，不仅拉动技术研发投入，也倒逼软件生态体系建设提速，为实现自主可控与可持续发展奠定了坚实基础。人工智能与大数据融合推动新型超算软件需求2、商业化模式探索化与云超算平台服务模式兴起近年来，中国超级计算软件在应用形态与服务模式上呈现出深刻变革，尤其是以虚拟化技术和云计算架构为基础的云超算平台服务模式迅速兴起，逐步成为推动超算资源普惠化、高效化利用的重要路径。根据中国信息通信研究院发布的《中国算力发展指数白皮书（2023年）》数据显示，截至2022年底，中国总算力规模达到180EFLOPS，年均增速超过30%，其中超过40%的算力资源已通过云平台形式对外提供服务。这一趋势在超级计算领域尤为显著，2022年中国超算云服务市场规模突破85亿元人民币，预计到2025年将超过200亿元，年复合增长率维持在32%以上。云超算平台通过将传统超算中心的高性能计算能力封装为可弹性调度、按需使用的云服务，极大降低了科研院所、高等院校、中小型企业乃至个人开发者对超算资源的使用门槛。以国家超级计算天津中心、广州中心、无锡中心等为代表的国家级超算中心，均已推出基于云架构的远程计算服务接口，支持用户通过互联网提交计算任务，实现跨地域、跨平台、跨系统的高效协同。这些平台普遍采用容器化部署、虚拟化资源池、自动化调度引擎等关键技术，构建起多租户、高并发、可隔离的计算环境，显著提升了系统资源利用率与维护效率。例如，神威·太湖之光超算已通过自研的“星云”云平台实现部分计算资源的云化运营，支持AI训练、气象模拟、药物分子动力学等多类应用场景的在线接入。与此同时，阿里云、腾讯云、华为云等商业云计算服务商也纷纷布局高性能计算云（HPCCloud）业务，构建起具备百万核级并行处理能力的超算云服务集群。华为云推出的“昇腾AI超算云”在2023年已实现单集群AI算力突破1000PFLOPS，服务于全国超过200家科研机构与AI企业。这种由传统超算中心与商业云服务商共同推动的双轨发展模式，正在重塑中国超算软件生态的服务架构。在软件层面，云超算平台推动了计算中间件、作业调度系统、数据管理系统和安全认证机制的全面升级。典型如基于Kubernetes的HPC任务调度框架、支持MPI与GPU异构计算的容器运行时环境，以及统一身份认证与细粒度访问控制体系的引入，极大增强了超算软件在复杂网络环境下的适应能力与服务弹性。此外，云原生理念的渗透促使超算软件向微服务化、模块化、接口标准化方向演进。中国科学院计算技术研究所开发的“超算云OS”已在多个区域超算中心部署，实现了跨平台资源的统一纳管与智能调度。预测至2026年，全国将有超过70%的超算中心完成云化改造，形成覆盖全国主要城市群的“超算云服务网络”。该网络将依托“东数西算”工程的国家算力枢纽布局，推动东部密集算力需求与西部绿色能源算力供给的高效匹配。未来，随着5G、边缘计算与量子计算的融合发展，云超算平台将进一步演化为集高性能计算、人工智能训练、大数据分析于一体的综合性数字基础设施服务平台，为中国科技创新与产业升级提供持续动能。按需付费与订阅制商业模式试点情况中国超级计算软件领域近年来在商业模式创新方面展现出显著进展，特别是在按需付费与订阅制模式的试点探索中积累了初步经验。随着国家对高性能计算基础设施投入的持续加大，超算中心在全国范围内的布局日趋完善，为软件服务的商业化运行提供了基础支撑。在传统模式下，超算软件多以一次性授权或政府项目配套采购形式存在，用户在获得使用权后通常不再产生后续支出，这种模式在一定程度上抑制了软件开发商的持续投入动力，也导致部分软件产品更新缓慢、服务支持不足。为突破这一瓶颈，部分领先的超算软件企业与科研机构开始尝试引入按需付费与订阅制服务模式，旨在构建可持续的收入来源并推动产品迭代升级。据中国信息通信研究院2023年发布的《中国高性能计算产业发展白皮书》显示，截至2022年底，已有超过17家主要超算软件开发商在气象模拟、工业仿真、生物医药等典型应用场景中开展按需计费试点，涵盖流体动力学仿真平台、量子化学计算系统、大规模并行优化求解器等多个细分方向。试点项目中，用户根据实际使用的计算核心小时数、存储资源消耗量或特定功能模块调用频次进行计费，平均单次任务费用在数百元至数万元不等，形成较为灵活的定价体系。以国家超级计算天津中心为例，其搭载的“天河”系列超算平台上运行的国产结构力学仿真软件，在2021年启动按核时计费试点后，首年即实现软件服务收入同比增长38%，用户覆盖高校、科研院所及民营企业共计143家，其中中小企业占比达到57%，显著提升了软件资源的社会化共享水平。与此同时，订阅制模式也在逐步推开，部分企业推出月度、季度及年度订阅套餐，提供包括软件使用权、技术支持、版本更新、远程调试等在内的综合服务包。根据赛迪顾问发布的市场监测数据，2022年中国超算软件订阅市场规模达到4.6亿元，占整体软件服务市场的12.3%，预计到2025年将增长至11.8亿元，复合年增长率接近36%。这一增长趋势反映出用户对持续性技术服务的需求上升，尤其是企业在研发过程中对高可靠性软件环境的依赖不断增强。值得关注的是，订阅制的推广还带动了软件服务商运营模式的转型，部分企业开始建立用户使用行为分析系统，通过采集任务提交频率、参数配置偏好、故障响应情况等数据，优化产品功能设计与服务响应机制，从而提升客户粘性。在政策层面，科技部与工信部联合发布的《“十四五”高性能计算发展规划》明确提出鼓励超算软件企业探索多元化商业模式，支持在国家超算互联网平台上试点资源计量与结算机制，为按需付费模式的规模化推广创造了有利条件。当前，全国已建成的8家国家级超算中心中，有6家正在推进资源使用精细化计量系统建设，并计划在2024年底前实现跨中心的统一计费接口标准。从用户反馈来看，按需付费模式有效降低了中小机构的初始投入门槛，某生物医药初创企业表示，采用按任务计费方式使用分子动力学模拟软件后，年度IT支出减少42%，同时计算效率提升近一倍。未来三年，随着超算互联网的互联互通能力增强，跨区域资源调度与统一结算将成为现实，预计按需付费与订阅制的市场渗透率将进一步提升，形成以使用价值为核心的新型产业生态。六、数据资源与基础设施支撑能力1、超算数据生态现状大规模科学数据处理与存储能力评估中国在大规模科学数据处理与存储能力方面已形成较为完整的研发体系和应用生态，其核心能力广泛分布于气象、生物医药、天文观测、高能物理、材料模拟等多个前沿科研领域。随着国家重大基础设施投入不断加大，超级计算中心普遍配置PB级乃至EB级存储系统，部分领先平台的数据存储总量已突破100PB，支撑起海