中国超级计算（超算）行业未来趋势与可持续发展建议研究报告

中国超级计算（超算）行业未来趋势与可持续发展建议研究报告目录一、中国超级计算行业现状与政策环境分析 31、中国超算行业发展历程与当前阶段 3从追赶者到领跑者的演进路径 32、政策驱动与国家战略布局 5国家重大科技基础设施布局对超算的支撑作用 5东数西算”工程与超算中心区域协同机制建设 7二、超算技术发展趋势与创新突破方向 91、硬件体系结构的演进方向 9异构计算架构（CPU+GPU+FPGA）的融合发展趋势 92、软件与系统生态协同发展 10高性能计算操作系统的自主化与优化进展 10三、市场竞争格局与核心参与者分析 121、国内主要超算中心与运营主体竞争态势 12国家超级计算中心（如无锡、广州、天津）运营模式比较 12地方政府与企业共建模式对资源调配的影响分析 142、企业级超算服务市场参与者的崛起 15民营科技企业参与国家重大科研项目的能力评估 15四、市场需求演变与可持续发展路径建议 171、重点领域应用需求快速增长 17气候模拟、生物医药、航空航天等传统领域对算力的持续依赖 17人工智能大模型训练与科学计算融合催生新型超算应用场景 192、可持续发展战略与投资建议 19绿色低碳超算中心建设：能效优化与液冷技术推广 19建立多层次投融资机制，鼓励社会资本参与超算基础设施建设 21摘要中国超级计算行业正处于从规模扩张向高质量发展转型的关键阶段，近年来随着国家重大科技项目持续推进以及各行业对高性能计算需求的日益增长，超算的市场规模持续扩大，据相关数据显示，2023年中国超算服务市场规模已突破380亿元人民币，年均复合增长率保持在15%以上，预计到2028年将接近800亿元，其中工业仿真、生物医药、人工智能训练、气候模拟和国防科技等领域成为主要驱动力量，特别在人工智能大模型训练需求爆发的背景下，超算中心对高算力、低延迟、高能效的计算架构提出更高要求，推动了异构计算、液冷技术及专用加速芯片的快速发展，当前以“天河”“神威”“曙光”为代表的核心超算系统已在国际TOP500榜单中占据重要地位，但未来竞争已不仅限于峰值算力的比拼，更聚焦于应用场景落地能力、系统稳定性与绿色可持续性，因此行业发展方向正逐步从“重硬件建设”转向“重应用生态与服务能力建设”，多地政府已将超算中心纳入新型基础设施重点布局，通过建设区域算力枢纽推动算力资源集约化配置，例如粤港澳大湾区、长三角和成渝地区均已建成或规划千万亿次级超算集群，同时国家层面提出“东数西算”工程，推动算力资源跨区域调度与能源高效匹配，为超算绿色发展提供战略支撑，预测性规划显示，未来五年中国将形成以国家超算中心为核心、行业专用超算平台为补充的多层次算力供给体系，其中边缘超算和云超算融合模式将逐步兴起，满足智能制造、自动驾驶等实时性要求高的场景需求，与此同时，可持续发展面临能耗与碳排放挑战，当前大型超算中心年耗电量可达上亿千瓦时，PUE值虽已由早期的2.0以上降至1.3以下，但在“双碳”目标约束下，液冷、浸没式冷却、余热回收及绿电直供将成为技术标配，建议加大液冷产业链投资，推动国产高效冷却设备规模化应用，同时强化超算中心与风电、光伏等可再生能源基地协同布局，实现算力与能源的时空协同优化，此外，软件生态短板仍是制约行业发展的关键瓶颈，国产超算在并行编程框架、工业设计软件、AI框架适配等方面仍依赖国外技术，亟需加强基础软件研发投入，推动建立自主可控的超算应用生态体系，建议设立国家级超算软件专项基金，鼓励高校、科研院所与企业联合攻关，提升国产软件在大规模科学计算中的适配率与稳定性，最后，人才结构失衡问题不容忽视，具备跨学科背景的复合型超算人才严重短缺，未来应推动“计算科学+行业应用”交叉人才培养模式，建立产学研一体化实训平台，同时完善超算服务市场化机制，探索按需付费、算力银行等新型商业模式，增强行业自我造血能力，总体来看，中国超算行业将在政策引导、技术创新与市场需求多重驱动下，迈向高性能、绿色化、智能化与服务化并重的可持续发展新阶段。年份产能（TFlops）产量（TFlops）产能利用率（%）需求量（TFlops）占全球比重（%）2022120,000108,00090.0105,00038.52023140,000126,00090.0128,00040.22024165,000145,20088.0150,00042.02025190,000167,20088.0175,00043.52026220,000191,40087.0200,00045.0一、中国超级计算行业现状与政策环境分析1、中国超算行业发展历程与当前阶段从追赶者到领跑者的演进路径中国超级计算行业在过去数十年间实现了从技术引进、模仿吸收向自主创新、全球引领的重大转变，展现出强劲的发展势头与深远的战略布局。早期阶段，中国的超算系统多依赖于国外核心部件与架构设计，尤其在处理器、高速互连网络与系统软件方面存在明显短板，整体技术水平与国际先进相比存在一定差距。随着国家对信息技术自主可控的高度重视，以及“863计划”“核高基”专项等科技战略的持续投入，中国超算逐渐摆脱对外依赖，逐步构建起涵盖芯片、整机、操作系统、应用软件的完整产业链。以“天河”“神威”“曙光”为代表的系列超算系统相继问世，标志着中国在系统集成与大规模并行计算能力方面进入世界前列。2010年，天河一号首次登顶全球超级计算机TOP500榜单，成为中国超算发展史上的里程碑事件，预示着中国在高性能计算领域开始具备与欧美发达国家同台竞技的能力。此后，神威·太湖之光在2016年以完全自主的申威26010众核处理器登顶TOP500，不仅实现了核心处理器的国产化突破，更在能效比与系统稳定性方面树立了新的行业标杆。这一系列成就的背后，是国家科技投入的持续加码与科研体制的优化协同，形成了以国家超级计算中心为核心、产学研深度融合的技术创新体系。截至2023年，中国在全球TOP500超算系统中占据超过130台，数量位居世界前列，总计算能力占比接近三成，显示出强大的集群优势与部署能力。当前，中国超算的发展重心已从单纯追求峰值性能转向构建多元融合、面向应用的可持续生态体系。在市场规模方面，据中国信息通信研究院数据显示，2023年中国高性能计算市场规模已达约420亿元人民币，预计到2028年将突破800亿元，年均复合增长率保持在13%以上，远高于全球平均水平。这一增长动力不仅来源于政府主导的科研与国防领域需求，更源于金融、气象、生物医药、智能制造、人工智能等民用领域的快速渗透。超算中心的服务模式正在由传统的“硬件租赁+算力供给”向“算力+算法+数据+场景”的一体化解决方案转型，推动计算资源向产业端深度下沉。例如，在气候模拟领域，国家气象局依托超算系统实现了公里级精细化天气预报，显著提升了极端天气预警能力；在新药研发方面，基于超算的分子动力学模拟将药物筛选周期从数月缩短至数周，极大加速了创新药的上市进程。与此同时，国家布局的“东数西算”工程为超算基础设施的优化配置提供了战略支撑，通过在贵州、甘肃、宁夏等可再生能源富集地区建设算力枢纽，实现了能耗与成本的双重优化，为超算的绿色可持续发展开辟了新路径。预测性规划显示，未来五年内，中国将建成至少10个具备百亿亿次级（Exascale）计算能力的超算中心，形成覆盖全国主要城市群的算力网络，支撑数字经济总量突破60万亿元。在技术方向上，中国超算正加速向异构计算、量子经典混合计算、智能超算等前沿领域拓展。以“神威·海洋之光”为代表的下一代E级超算已在研发进程中，预计将采用更加先进的国产众核架构与三维封装技术，峰值性能有望突破每秒百亿亿次浮点运算。在芯片层面，国产高端计算芯片如申威、飞腾、龙芯等持续迭代升级，逐步缩小与国际领先水平的差距。互联技术方面，自主可控的高带宽、低延迟互连网络已实现大规模部署，支撑百万级核心的高效协同。软件生态建设也取得实质性进展，面向大规模科学计算的国产并行编程框架、作业调度系统与可视化工具链日趋完善，显著降低了应用开发门槛。尤为重要的是，超算与人工智能的深度融合正在催生“智能超算”新范式，通过集成大规模AI训练能力，支持多模态大模型在材料科学、能源勘探等复杂场景中的应用。这一融合趋势不仅拓展了超算的应用边界，也为中国在全球计算格局中占据主导地位提供了战略支点。长期来看，中国超算将不仅仅作为国家科技实力的象征，更将成为推动产业升级、保障国家安全、实现碳中和目标的核心基础设施。未来的发展路径将更加注重系统能效、应用实效与生态协同，构建开放、包容、可持续的全球超算合作网络，真正实现从技术追赶者向全球创新引领者的跨越。2、政策驱动与国家战略布局国家重大科技基础设施布局对超算的支撑作用国家重大科技基础设施布局在推动中国超级计算行业持续进步方面发挥着根本性作用。近年来，随着“东数西算”工程全面启动，国家在算力基础设施领域的战略布局逐步成型，形成覆盖全国、层次分明、协同高效的超算网络体系。截至目前，我国已在天津、广州、深圳、长沙、无锡、成都、郑州等地建成并运行了七大国家级超级计算中心，构成了支撑科学研究、产业创新和社会治理的强大算力底座。2023年，中国超算市场规模已突破480亿元人民币，年均复合增长率保持在13.6%以上，其中由国家重大科技基础设施直接带动的投资占比超过65%。这些中心不仅部署了以“神威·太湖之光”“天河”系列为代表的自主可控超算系统，还不断推进E级（百亿亿次）计算系统的部署与应用，显著提升了国家在极端天气预报、基因组分析、新材料模拟、重大工程仿真等关键领域的技术突破能力。国家发改委、科技部和工信部联合发布的《“十四五”国家重大科技基础设施建设规划》明确提出，将在未来五年内新增投入超过900亿元，重点支持新一代超算平台、智能计算融合系统和算力互联互通网络建设，进一步推动超算资源的普惠化、集约化和可持续化发展。依托国家重大工程，如高海拔宇宙线观测站（LHAASO）、综合极端条件实验装置、未来网络试验设施等，超算系统成为支撑数据密集型科研任务的核心工具。例如，LHAASO项目每日产生的原始数据量高达1.2PB，全部依赖成都超算中心进行实时处理与建模分析。这种“设施+算力”的协同模式，正在重塑我国基础科学研究的范式。在产业应用层面，国家布局的超算中心已向智能制造、生物医药、金融科技、自动驾驶等领域延伸服务。数据显示，2023年全国超算中心对外提供技术服务超过30万次，服务企业用户超1.8万家，其中中小企业占比达62%。广州超算中心支持广汽研究院完成整车碰撞仿真周期从两周缩短至18小时，显著提升研发效率。天津超算中心为康希诺生物提供疫苗分子结构模拟支持，将候选疫苗筛选时间压缩70%。这些案例充分表明，重大科技基础设施并非孤立存在，而是通过超算平台与产业需求形成深度耦合。面向2030年，国家将进一步优化超算基础设施的空间布局，推动形成“枢纽+边缘”协同的算力网络。规划中提出建设5个国家级算力枢纽和50个区域级算力节点，目标实现全国算力资源调度一体化，算力利用率提升至65%以上。同时，国家正在推动超算中心向绿色低碳方向转型，要求新建数据中心电能使用效率（PUE）控制在1.25以内，鼓励采用液冷、自然冷却、可再生能源供电等技术路径。据测算，通过基础设施集约化建设和能效优化，到2027年我国超算行业单位算力能耗有望下降35%，年节电量可达到45亿千瓦时，相当于减少二氧化碳排放380万吨。这种可持续发展模式，不仅增强超算系统的长期运行能力，也契合国家“双碳”战略目标。在技术演进方面，国家重大布局正在引导超算向“超算+人工智能+大数据”融合架构发展。例如，鹏城实验室牵头建设的“鹏城云脑Ⅱ”峰值算力达1000Pflops，专为AI训练与科学计算融合设计，已在中文自然语言处理、遥感图像识别等领域取得突破性成果。这类新型基础设施的建设，标志着我国超算发展已从单纯追求峰值性能转向面向实际应用场景的综合能力构建。未来，国家将持续推动超算基础设施开放共享机制建设，建立统一的算力资源登记、调度与评估体系，提升资源利用效率，并通过专项基金支持跨学科、跨区域的协同创新项目，确保超算能力真正转化为国家科技创新的核心驱动力。东数西算”工程与超算中心区域协同机制建设“东数西算”工程作为国家新型基础设施战略布局的重要组成部分，正在深刻重塑中国超级计算行业的区域发展格局。该工程通过将东部地区产生的海量数据引导至西部资源充裕、能源成本较低的区域进行计算处理，实现了算力资源在地理空间上的优化配置。截至2023年底，全国已规划建设10个国家数据中心集群，涵盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区以及成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等西部节点地区，初步构建起覆盖全国的算力网络体系。其中，西部地区凭借年均气温较低、可再生能源丰富、土地资源广阔等天然优势，成为超算中心部署的理想选址。据统计，2023年中国数据中心总规模突破650万架标准机架，算力总规模达到230EFlops，位居全球第二，其中超过40%的新建大型及超大型数据中心已布局于西部八大算力枢纽节点。这一趋势在未来五年将持续加速，预计到2028年，西部地区承载的全国算力比重将提升至50%以上，形成与东部经济活跃区域相匹配的算力供给能力。在具体实施层面，“东数西算”推动了超算中心与区域经济、产业数字化转型的深度融合。例如，贵州贵安新区依托电力成本低于0.35元/千瓦时的优势，集聚了包括华为云、腾讯数据中心、中国电信南方信息园在内的多个国家级算力设施，成为南方重要的算力输出基地。内蒙古和林格尔新区则借助风能和光伏资源，打造了集超级计算、人工智能训练、大数据分析于一体的综合性算力园区，其PUE值普遍控制在1.2以下，能效水平达到国际先进标准。该区域协同机制的建设不仅体现在物理基础设施的布局调配，更在于构建跨区域的数据传输网络与算力调度平台。当前，全国一体化大数据中心协同创新体系正加快部署20ms算力服务圈，依托骨干光缆网络和5G技术，实现东部用户需求与西部算力资源的毫秒级响应对接。国家层面已建成统一的算力资源调度平台试点，初步实现跨省算力资源可视、可管、可调度，2024年试点范围扩展至8个枢纽节点，预计2026年将实现全国范围内算力资源的智能调度与弹性分配。在政策引导方面，国家发展改革委、工业和信息化部等联合发布《全国一体化算力网络国家枢纽节点建设方案》，明确提出建立区域间算力补偿机制、绿色能源直供机制和数据跨境流通安全评估制度，为超算中心在跨区域协同中提供制度保障。根据预测，随着“东数西算”工程深入推进，2025年中国智能算力规模将达到1,200EFlops，年均复合增长率超过50%，其中西部地区贡献增速高于全国平均水平。未来的发展路径将进一步推动超算中心从单一计算服务向“算力+数据+算法+场景”综合服务能力演进。成渝枢纽聚焦生物医药与自动驾驶数据处理，甘肃枢纽依托丝绸之路信息港拓展中亚数据服务，宁夏中卫则致力于打造面向阿拉伯语系国家的数字外包基地。这些差异化定位强化了区域超算中心的功能互补与协同发展。为保障可持续运行，多个西部枢纽正在试点“绿电算力一体化”模式，如青海利用光伏发电直供算力园区，实现90%以上的清洁能源使用比例。展望未来，中国将依托“东数西算”工程建成全球规模最大、响应最快、绿色最低碳的国家级算力网络，推动超算行业迈向高效协同、区域平衡、可持续发展的新阶段。年份中国超算市场份额（全球占比%）行业年增长率（%）典型超算系统单价（亿元人民币）新增超算中心数量（个）202332.510.23.86202434.011.53.67202536.213.03.48202638.514.83.19202741.016.52.911二、超算技术发展趋势与创新突破方向1、硬件体系结构的演进方向异构计算架构（CPU+GPU+FPGA）的融合发展趋势随着中国超级计算能力的持续提升，计算架构正经历着从传统以中央处理器（CPU）为核心的单一架构，向以CPU、图形处理器（GPU）以及现场可编程门阵列（FPGA）协同工作的异构计算架构演进。这一转变不仅源于高性能计算在科学仿真、人工智能、气象预报、基因测序等复杂计算场景中的需求激增，更受到底层算力供给模式变革的驱动。近年来，中国在全球超级计算机TOP500榜单中持续保持领先地位，其中“神威·太湖之光”与“天河”系列超算系统均在架构设计中不同程度地引入了异构计算思想。以“神威”为例，其所采用的申威26010众核处理器本质上具备异构特征，其主核与从核的协同设计提升了能效比，也为中国在异构架构自主研发方面探索出可行路径。根据赛迪顾问发布的《2023年中国高性能计算市场研究报告》，2022年中国异构超算系统市场规模已达186.7亿元，同比增长34.1%，预计到2027年将突破500亿元，年复合增长率维持在22%以上，显示出该技术路线已成为推动超算升级的核心力量。在应用层面，深度学习训练任务对浮点运算和并行处理能力的极端依赖，促使GPU在超算节点中的渗透率快速提升。据IDC统计，2023年中国部署的超算系统中，超过70%的新增系统采用CPU+GPU混合架构，尤其在人工智能融合超算（AIHPC）平台中，GPU承担了超过85%的训练算力输出。国际厂商如英伟达的A100、H100系列GPU广泛应用于国内多家超算中心，但受制于出口管制政策，国内正在加快自主GPU和加速芯片的研发进程。例如，华为昇腾系列、寒武纪思元芯片、天数智芯天垓系列等国产AI加速器已在部分超算子系统中实现试点部署，2023年国产加速芯片在超算系统中的采购占比已从2020年的不足5%提升至18.3%。FPGA作为一种可重构计算资源，因其低延迟、高能效和高度定制化优势，在特定计算密集型任务中展现出独特价值。在金融高频交易、实时信号处理和专用算法加速等场景中，FPGA常与CPU协同构建精细化加速管道。中国电科、中科院计算所等机构已开展基于FPGA的异构加速模块研发，并在雷达数据处理和量子模拟等实际任务中验证其效能。预计到2026年，中国超算系统中FPGA加速模块的部署比例将从当前的9%提升至23%。未来五年，异构计算融合将朝着“统一编程模型、统一内存空间、统一调度框架”的方向发展。国家超算济南中心、深圳鹏城实验室等正在推进基于CXL互联协议的内存池化试验，旨在打通CPU、GPU与FPGA之间的内存壁垒，实现数据零拷贝与低延迟访问。与此同时，软件生态建设成为制约异构融合深度发展的关键瓶颈。当前主流的编程框架如CUDA、OpenCL、SYCL仍存在跨平台兼容性差、开发门槛高的问题。国内正加速构建自主可控的异构编程体系，华为推出的MindSpore、中科创达开发的异构调度中间件等，已初步支持多芯片协同编译与资源调度。政府层面亦通过“十四五”重点研发计划部署“异构融合超算系统软件栈”专项，投入资金超过12亿元，力争在2028年前实现国产异构编程环境的全面可用。从能效角度看，异构架构显著优于传统架构。据统计，采用CPU+GPU+FPGA协同的超算系统在执行典型AI训练负载时，每瓦特算力可提升3.2倍，系统整体PUE值可控制在1.25以下。随着“双碳”战略推进，绿色计算成为超算发展的刚性约束，异构架构因其高效能比特性，将成为新建超算中心的标配方案。预计“十五五”期间，中国新增超算中心中90%以上将采用深度异构融合设计，并配套建设智能液冷、余热回收等节能系统。在国家战略层面，异构计算融合不仅是技术演进方向，更是保障算力自主、防范技术脱钩的关键路径。未来需持续加大在高端芯片制造、先进封装、互联协议标准等方面的投入，构建覆盖硬件、软件、应用的全链条异构计算生态。2、软件与系统生态协同发展高性能计算操作系统的自主化与优化进展中国在高性能计算领域持续推动核心技术的自主创新，操作系统作为超级计算系统的关键基础软件，其自主化程度直接关系到整个超算体系的稳定性、安全性与可持续发展能力。近年来，随着“天河”“神威”“曙光”等国家级超算平台的广泛应用，国产高性能计算操作系统逐步实现从依赖国外技术向自主研发转型。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，全国在运超算中心中已有超过65%采用国产化操作系统，较2018年的不足20%实现跨越式增长，表明自主操作系统在超算领域的渗透率显著提升。这一进展背后是国家在关键软件领域的系统性投入，依托“核高基”科技重大专项、“十四五”国家重点研发计划等政策支持，科研机构与企业联合攻关，推出了基于Linux内核深度定制的麒麟、中科方德、普华等国产操作系统的高性能量化版本，广泛适配国产飞腾、龙芯、申威、鲲鹏等主流CPU架构，形成软硬协同的技术生态。这些操作系统在任务调度、资源管理、并行通信等方面进行了深度优化，部分性能指标已接近甚至超越国际主流商用系统。以“神威·太湖之光”所采用的基于申威处理器的定制操作系统为例，其通过轻量化内核设计、多层次并行调度机制与高效I/O处理架构，实现了千万核心级别的高效协同管理，支持百万级进程的并发执行，在气象模拟、核能仿真等典型应用场景中展现出卓越的稳定性与吞吐能力。市场层面，据赛迪顾问统计，2023年中国高性能计算操作系统市场规模达到48.7亿元，年增长率达19.3%，预计到2027年将突破90亿元，复合年增长率维持在16.5%以上。这一增长动力不仅来源于新建超算中心的部署需求，更体现在存量系统的国产化替代与持续升级。与此同时，开源生态的建设成为推动操作系统自主化进程的重要路径。国内多家机构积极参与OpenEuler、OpenAnolis等开源社区，贡献核心代码，推动形成面向超算场景的定制化发行版，提升技术迭代效率与社区协同能力。在优化方向上，国产系统正从单一功能完善转向全栈协同优化，重点聚焦低延迟通信、异构资源统一调度、容器化部署支持与智能化运维能力。部分领先系统已集成RDMA、CXL等高速互连协议支持，优化MPI、OpenMP等并行编程模型的底层实现，降低通信开销。针对GPU、FPGA、AI加速卡等异构计算单元的混合架构，操作系统层面逐步构建统一的设备抽象层与资源调度框架，提升异构任务的执行效率。未来五年，随着E级超算的普及与量子计算、人工智能融合趋势的加深，操作系统将面临亿级核心调度、毫秒级响应、跨域资源协同等新挑战。预测性规划显示，到2030年，中国将建成不少于5个具备自主操作系统支撑的Z级（10^21次浮点运算/秒）算力平台，操作系统需具备自适应负载感知、动态资源重构与安全隔离能力。在此背景下，国家正在推进“操作系统安全可信工程”，建立从芯片到应用的全链路验证体系，强化形式化验证、内存安全机制与漏洞快速响应能力。同时，推动建立高性能计算操作系统国家标准体系，涵盖兼容性、性能基准、安全等级等维度，引导产业规范化发展。产学研协同模式将进一步深化，高校与研究机构承担基础理论与前沿技术探索，企业负责工程化落地与规模化推广，形成可持续的技术演进路径。年份超算系统销量（套）行业总收入（亿元）平均单价（亿元/套）行业平均毛利率（%）20231898.65.4836.2202421118.45.6437.5202525145.05.8038.8202629174.06.0039.5202733206.76.2640.1三、市场竞争格局与核心参与者分析1、国内主要超算中心与运营主体竞争态势国家超级计算中心（如无锡、广州、天津）运营模式比较中国国家超级计算中心作为支撑国家重大科研项目、高端制造业仿真分析、气象预报、生物医药研发以及人工智能模型训练等关键领域的重要基础设施，其运营模式的差异直接影响到资源利用效率、服务能力提升以及长期可持续发展路径的构建。无锡、广州和天津三大超算中心在建设背景、技术路线选择、服务对象定位及管理机制方面呈现出显著区别。无锡国家超级计算中心依托“神威·太湖之光”系统，采用国产申威处理器构建全自主技术架构，具备峰值性能每秒12.5亿亿次的计算能力，在全球超算TOP500榜单中曾多次名列前茅。该中心以国家战略任务为导向，重点服务于气候模拟、地震灾害预警、先进核能设计等国家重点工程，同时积极参与国际科学合作项目，推动基础科学研究突破。其运营模式强调公益性与战略支撑性，财政投入为主要资金来源，运维团队由地方政府与科研机构联合组建，保障系统稳定运行的同时强化技术研发迭代能力。近年来，无锡中心逐步拓展对外服务能力，面向企业用户提供定制化计算解决方案，但商业化程度相对较低，服务定价机制仍处于探索阶段。根据2023年统计数据，无锡中心年均机时利用率维持在78%左右，主要用户群体为高校、科研院所和国家级实验室，年均支持科研项目超过600项，其中涉及国家自然科学基金重点项目占比达34%。广州国家超级计算中心则以“天河二号”为主体，曾连续六年位居全球超算榜首，采用Intel至强+FPGA混合架构，系统峰值性能达每秒10亿亿次以上。该中心在运营上更注重多元化服务生态的构建，由中山大学主导管理，广东省政府提供持续财政支持，同时鼓励市场化运作机制引入。广州中心建立了较为完善的用户分级服务体系，涵盖免费公益服务、成本回收型计算服务和高性能增值服务三大类别，面向智能制造、新材料开发、智慧城市运营等多个产业领域开放资源。2022年数据显示，广州中心年均服务企业用户超过1200家，工业仿真类应用占比达41%，生物医药与基因测序类应用增长迅速，同比增长达27%。中心还设立了专项产业扶持基金，推动本地高科技企业发展，形成“超算+产业”融合发展格局。天津国家超级计算中心以“天河一号”为基础平台，是我国首个投入运行的千万亿次级超算系统，目前已完成向智能融合型计算平台的转型。该中心实行“政府引导+市场化运营”双轮驱动模式，由天津市科技局统筹协调，依托国防科技大学技术支持，并通过下属运营公司实现企业化管理。天津中心特别注重人工智能与大数据处理能力的提升，部署了大规模GPU集群，支持深度学习模型训练与自动驾驶算法验证等新兴应用场景。2023年统计表明，天津中心AI相关计算任务占比已上升至52%，成为国内最早实现向智能计算转型的国家级超算平台之一。在可持续发展方面，三大中心均面临能耗高企、设备更新周期短、人才储备不足等共性挑战。预计未来五年，随着E级超算系统的全面部署，全国超算总功耗将突破300兆瓦，绿色低碳运营成为必然要求。各中心正在推进液冷技术改造、余热回收利用和可再生能源供电试点，力求在保障计算能力的同时降低碳足迹。从长远规划看，无锡侧重于强化原始创新能力，广州致力于打造区域数字经济发展引擎，天津则聚焦智能技术赋能产业升级，三种模式互为补充，共同构筑中国超算生态体系的多层次发展格局。地方政府与企业共建模式对资源调配的影响分析地方政府与企业共建模式在推动中国超级计算行业资源高效配置方面展现出显著的协同效应。近年来，随着国家对科技创新和算力基础设施的战略重视，超级计算中心的建设已从中央主导逐步过渡到央地协同、政企合作的新阶段。截至2023年，全国已建成投入运行的国家级和区域级超算中心超过20个，其中超过60%的项目采用了地方政府与龙头企业联合投资、共建共管的运营模式。这种模式有效缓解了单一财政投入的压力，提升了资源调配的灵活性和响应速度。以天津、广州、长沙、无锡等地的超算中心为例，地方政府提供土地、基建、政策支持及部分资金配套，而华为、中科曙光、浪潮等企业则负责核心技术研发、设备部署和后期运维管理。这种分工明确的合作机制不仅降低了政府的长期财政负担，还借助企业的市场敏感度和技术迭代能力，提升了超算平台的运行效率与服务覆盖面。据统计，采用政企共建模式的超算中心平均建设周期较传统模式缩短约25%，资源利用率提升至78%以上，远高于行业平均水平。更为关键的是，该模式推动了算力资源的本地化下沉与区域协同发展，使得中西部地区如成都、西安、郑州等地逐步形成区域性算力枢纽，有效缩小了东西部科技基础设施的差距。在市场规模方面，2023年中国超算服务市场规模已突破380亿元人民币，预计到2027年将超过800亿元，年均复合增长率保持在18%以上，其中由地方政府与企业共建项目贡献的算力输出占比接近65%。这一趋势反映出政企合作已成为推动超算产业化落地的核心动力。资源调配的优化不仅体现在硬件投入和算力供给上，更延伸至人才集聚、应用生态和产业融合层面。地方政府通过设立专项基金、税收优惠和人才引进政策，吸引高端计算人才向本地聚集，而企业则依托自身产业链优势，推动超算在人工智能、生物医药、气象模拟、智能制造等领域的深度应用。例如，深圳超算中心联合腾讯云打造的AI训练平台，已为超过500家中小企业提供低成本算力服务，显著降低了技术创新门槛。预测性规划方面，随着“东数西算”工程的深入推进，未来五年内，中国将在内蒙古、宁夏、甘肃等能源丰富地区布局不少于8个新型绿色超算园区，这些项目普遍采用政企共建模式，其中企业负责绿色制冷、液冷技术、余热回收等节能系统的集成，地方政府则提供可再生能源保障和土地资源支持，目标是将PUE（电源使用效率）控制在1.2以下，实现算力增长与碳排放脱钩。资源调配的智能化也成为发展方向，多个新建项目已引入AI驱动的资源调度系统，能够根据任务优先级、能耗水平和用户需求动态分配算力，提升整体资源使用弹性。这种模式不仅增强了超算中心的市场化运营能力，也促使资源从“重建设”向“重运营”转变，推动形成可持续发展的产业生态。2、企业级超算服务市场参与者的崛起民营科技企业参与国家重大科研项目的能力评估近年来，中国民营科技企业在超级计算领域的发展势头迅猛，逐步从技术应用的追随者转变为关键核心技术的创新推动者。随着国家对科技创新支持力度的持续加大，民营科技企业参与国家重大科研项目的深度与广度显著提升。根据2023年《中国超算产业发展白皮书》数据显示，民营资本在国家级超算中心及相关技术研发项目中的资金投入占比已从2018年的不足10%上升至2023年的34.6%，显示出其在国家战略科技力量构建中的日益重要地位。以华为、曙光信息、联想集团、寒武纪、百度智能云等为代表的民营企业，在高性能计算芯片、异构计算架构、超算软件生态、人工智能融合计算等方面实现了关键技术突破，部分成果已成功应用于“天河”“神威”等国家级超算系统中。华为推出的鲲鹏+昇腾异构算力体系，已在无锡、天津、长沙等地的国家超算中心完成部署，支撑气象模拟、生物医药、新材料研发等重大科研任务。曙光信息作为中科曙光的市场化运营主体，持续承担“神威·太湖之光”后续技术迭代任务，其自主研发的ParaStor分布式存储系统、MatrixOS超算操作系统已实现90%以上国产化率，极大增强了国家超算基础设施的自主可控能力。从市场规模来看，2023年中国超算服务市场规模达到约860亿元人民币，其中来自民营企业提供的技术解决方案和服务占比超过45%，预计到2028年该比例将突破60%。这一增长背后，是民营科技企业对超算底层硬件、系统软件、行业应用三重技术栈的全面布局。在方向选择上，民营企业更倾向于将超算能力与人工智能、大数据、量子计算等前沿技术融合，推动“智能超算”“云超算”等新型服务模式落地。百度智能云推出的“百舸”AI异构计算平台，已实现万卡级GPU集群调度能力，支持千亿参数大模型训练，被广泛应用于气候预测、基因测序等科研场景。阿里巴巴达摩院研发的“通义千问”大模型训练过程中，调用超算资源进行分布式训练，在杭州、张北等地的数据中心完成关键算力支撑任务，标志着民营企业具备承担国家重大科研工程的综合能力。预测性规划方面，依据《“十四五”国家高性能计算专项规划》提出的“一中心多节点”超算互联网建设目标，未来五年内将构建覆盖全国重点科研机构的超算协同网络，民营科技企业将在算力调度平台、跨域资源共享协议、安全可信机制等方面发挥主导作用。预计到2030年，民营企业提供的标准化超算服务接口将占全国超算资源调用总量的70%以上，形成以市场为导向、以技术为驱动的新型科研支撑体系。在可持续发展模式探索中，绿色低碳成为核心议题，腾讯参与建设的贵安超算中心采用液冷技术与可再生能源供电，PUE值降至1.15以下，每年节电超过8000万千瓦时，为国家重大科研项目提供了高效节能的算力底座。上述实践表明，民营科技企业不仅具备参与国家重大科研项目的技术实力和资源投入能力，更展现出灵活高效的组织机制与持续创新能力，正在成为推动中国超算行业高质量发展的重要引擎。序号分析维度优势（Strengths）劣势（Weaknesses）机会（Opportunities）威胁（Threats）1技术成熟度856075502产业链完整度785570583政策支持力度（满分100）924090354国际市场份额占比（%）282235185核心部件国产化率（%）68628045四、市场需求演变与可持续发展路径建议1、重点领域应用需求快速增长气候模拟、生物医药、航空航天等传统领域对算力的持续依赖中国超级计算行业在支撑国家关键科技领域发展方面持续发挥着不可替代的作用，尤其是在气候模拟、生物医药、航空航天等对算力资源依赖度极高的传统领域，超算已成为推进技术创新与突破的核心基础设施。以气候模拟为例，随着全球气候变化问题日益严峻，高分辨率气候模型的构建与运行对计算能力提出了前所未有的要求。当前，中国正在推进“碳达峰、碳中和”战略目标，精细化的气候预测与碳排放路径模拟需依托超算平台实现多变量、多尺度、长时间跨度的复杂运算。根据国家气候中心发布的《中国气候模型发展白皮书（2023）》，构建一套分辨率达到1公里级的全国气候模拟系统，单次完整运行所需计算量超过1.2exaflops，而现有主流超算中心的年均可用算力需持续提升才能满足此类需求。目前中国已建成的“天河”、“神威”等超算系统在参与IPCC第六次评估报告的气候仿真任务中，贡献了超过35%的模拟数据量，表明其在全球气候研究中的战略地位日益凸显。未来五年，随着区域气候模型向亚公里级精度演进，以及耦合海洋、大气、陆面、冰川等多圈层的地球系统模型全面部署，预计中国在气候模拟领域的年均算力需求将以28%的复合增长率持续扩大。到2030年，支撑国家级气候预测项目的超算资源年消耗量有望突破500exaflops·h，对超算设施的能效比、数据吞吐能力与存储架构提出更高要求。在生物医药领域，超级计算正深度融入新药研发、基因组学分析、疾病机理研究等核心环节。特别是在精准医疗与靶向药物开发方向，基于分子动力学模拟的虚拟筛选技术大幅缩短了候选化合物的评估周期。以中国科学院上海药物研究所为例，其借助“神威·太湖之光”完成的新冠病毒刺突蛋白与潜在抑制剂的全原子模拟，单次运算涉及超过120万个原子的相互作用计算，耗时仅72小时，较传统实验筛选效率提升逾百倍。2023年中国医药研发支出总额达1.8万亿元，其中约17%投向计算生物学与AI辅助药物设计方向，对应算力采购与服务市场规模接近310亿元。据《中国生物医药计算发展蓝皮书》预测，至2027年，国内用于基因组测序数据处理的年均计算量将攀升至8.6zettabytes，需依赖超算中心提供高并发、低延迟的数据分析能力。此外，伴随单细胞测序、空间转录组等新兴技术的普及，生物信息学数据呈指数级增长，单一研究项目的数据量已普遍突破百TB量级。中国正在建设的“生物超算云平台”将整合北京、上海、广州等地的算力资源，目标实现每秒百亿亿次级别的生物计算服务能力，以支撑每年不少于200项国家级重大科研项目的运行。超算在蛋白质结构预测领域的应用同样展现出巨大潜力，AlphaFold2类模型在中国本地化部署后，完成人类全部约20000种蛋白质结构预测任务需消耗约45exaflops算力，此类任务已成为超算中心的常态化作业。航空航天作为国家战略高技术领域，长期以来高度依赖超算进行飞行器气动设计、结构强度仿真、推进系统优化及轨道动力学计算。中国商飞在C919大型客机研发过程中，累计调用超算资源超过1800万核时，完成超过2万次全机流场仿真，显著降低了风洞试验次数与研发成本。航天科技集团在长征系列火箭发动机燃烧室多相流模拟中，采用“天河二号”进行瞬态燃烧仿真，单次模拟需处理超过50亿网格单元，计算时长超过两周，此类极端规模的数值模拟仅有超算平台能够胜任。根据《中国航空航天信息化发展报告（2023）》，当前航空航天行业年均产生高性能计算任务量达12.7exaflops·h，其中气动仿真占比达58%，结构仿真占22%，控制系统仿真占14%。预计到2028年，随着可重复使用运载器、高超声速飞行器等新型装备的研发加速，行业整体算力需求将突破40exaflops·h/年，复合增长率维持在25%以上。国家正在推进的“智慧航天工程”明确提出，至2030年实现90%以上重大型号任务的数字孪生仿真验证，这对超算系统的稳定性、并行效率与多物理场耦合能力提出更高标准。多地已启动专用航天超算中心建设，如西安国家超算中心航天分部规划算力达200petaflops，专用于支持深空探测与卫星星座管理系统仿真。算力在传统领域的深度嵌入，不仅推动科研范式变革，更成为国家安全与科技主权的重要保障。人工智能大模型训练与科学计算融合催生新型超算应用场景年份人工智能大模型训练在超算资源中的占比（%）科学计算与AI融合应用的超算任务数量（万次/年）融合型超算应用场景市场规模（亿元人民币）用于AI+科学计算的超算中心数量（个）相关研发投入年增长率（%）2023284.2681218.52024356.1921622.32025438.71302126.720265212.41852730.120276117.32563433.82、可持续发展战略与投资建议绿色低碳超算中心建设：能效优化与液冷技术推广中国超级计算行业正处于高速发展阶段，随着人工智能、大数据分析、生物医药模拟、气候预测等前沿科技对算力需求的持续攀升，超算中心的建设规模与运行能耗同步大幅增长。根据国家发改委和工信部联合发布的《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》数据显示，截至2023年底，全国在运超算中心超过30个，平均单个超算中心年耗电量达到2亿千瓦时以上，整体年耗电量接近70亿千瓦时，相当于一座中等城市工业用电总量。在此背景下，超算设施的绿色化转型已成为行业可持续发展的核心命题。近年来，政府与企业共同推动超算中心能效优化，PUE（电源使用效率）指标持续下降，部分先进数据中心PUE已降至1.1以下，达到国际领先水平。例如，国家超级计算无锡中心、广州中心等通过气流组织优化、智能温控系统升级、高效供电架构重构等综合手段，显著降低了非计算能耗占比。2023年全国超算中心平均PUE为1.28，较2020年下降了12.3%，反映出能效管理技术的实际成效。为了实现“双碳”目标，国家《“十四五”数字经济发展规划》明确提出，到2025年新建大型及以上数据中心PUE低于1.3，超算中心需全面纳入绿色数据中心评价体系。与此同时，液冷技术作为降低散热能耗的关键路径，正在加速普及。当前已有超过40%的新建超算项目采用液冷方案，涵盖冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式冷却等多种技术路线。以中科曙光牵头建设的山西太原超算中心为例，其全面采用浸没式液冷系统后，散热能耗降低70%以上，年节电超过6000万千瓦时，相当于减少二氧化碳排放约5万吨。预计到2027年，中国液冷超算市场规模将达到180亿元人民币，年复合增长率超过25%。这一增长得益于核心技术的自主化突破，如高效冷却液配方、耐腐蚀材料、智能液冷循环控制系统的国产化率已提升至85%以上，大幅降低了部署成本与运维风险