高性能计算（HPC）十年演进（2015-2025）

2015-2025年，是高性能计算完成从科研院所专属的超算峰值竞赛载体，到AI大模型与科学计算双轮驱动的数字经济核心底座、从海外芯片与软件生态全链路垄断，到国产全栈自主可控全球领跑、从传统CPU多核并行计算，到异构融合、智算融合、绿色低碳的全新技术体系跨越式发展的黄金十年。

高性能计算（HPC，俗称“超算”），核心是通过并行计算、异构加速、高速互联等技术，构建具备千万亿次（P级）、亿亿次（E级）浮点运算能力的计算系统，是支撑基础科学研究、高端工程仿真、气象气候预报、生物医药研发的“国之重器”，更是AI大模型训练、自动驾驶仿真、工业数字孪生、具身智能训练的核心算力底座，其算力水平、自主化程度直接决定了国家的科技核心竞争力。

这十年，高性能计算的演进与中美科技竞争、AI大模型爆发、国产芯片突破深度绑定，与自动驾驶、机器人、具身智能的技术发展形成完整算力支撑闭环，完成了**「P级超算峰值竞赛启蒙期→异构计算与自主化突破成长期→E级超算与智算融合爆发期→全域智算与绿色低碳普及期」**四次核心范式跃迁；核心性能上，全球TOP1超算峰值算力从33.86PFlops提升至1.5EFlops以上，算力规模提升超40倍；能效比从2GFlops/W优化至70GFlops/W以上，提升35倍；技术路线从CPU单核串行演进为CPU+加速器异构融合、HPC+AI智算融合；产业格局从美国英特尔、英伟达全链路垄断，演变为国产超算实现从芯片、整机、操作系统到应用软件的全栈自主可控，全球TOP500超算上榜数量长期位居世界第一。

一、十年演进总纲与四大里程碑

高性能计算的十年演进，始终围绕自主化、异构化、绿色化、普惠化、智算融合五大核心主线推进，核心突破始终围绕“如何在更优的能效、更低的成本下，实现更高的算力规模、更强的自主可控能力、更广的行业覆盖”，整体可划分为四大里程碑阶段，与中国超算产业的十年崛起、全球算力格局重构完全对齐：

1. 2015-2017 启蒙期：P级超算成为全球主流，峰值算力竞赛为核心主线，CPU多核并行为主流架构，超算应用集中于基础科学与高端工程领域，美国垄断核心芯片与软件生态，中国实现整机系统与国产芯片的从0到1突破，TOP500上榜数量首次超越美国。
2. 2018-2020 成长期：中美科技竞争加剧，超算芯片出口管制升级，国产超算全栈自主化加速突破，CPU+GPU/加速器异构计算成为行业主流，E级超算原型机研发全面启动，AI算力需求开始崛起，HPC与AI融合进入萌芽阶段。
3. 2021-2023 爆发期：全球正式进入E级超算时代，中美欧先后落地E级超算系统，AI大模型爆发推动智算中心成为HPC核心增长点，万卡/十万卡级AI超算集群成为常态，国产CPU、加速芯片、高速互联、软件栈实现全链路突破，智算融合成为行业核心技术路线。
4. 2024-2025 普及期：E级超算实现规模化行业应用，Z级超算启动预研，量子-经典融合超算完成原型验证，全液冷绿色低碳技术成为行业标配，国产超算生态全面成熟，HPC从科研院所走向千行百业，形成“中心超算+边缘智算+端侧算力”的全域算力网络，中国在算力规模、自主化水平、应用落地规模上实现全球领跑。

二、四大阶段详细演进详解

第一阶段：2015-2017 启蒙期——P级超算峰值竞赛，国产整机突破

产业背景

2015年，全球高性能计算处于P级（千万亿次）超算的全面普及阶段，峰值算力竞赛是全球超算产业的核心主线，TOP500榜单成为各国超算实力的核心对标依据。此时的超算核心应用集中于气象预报、石油勘探、航空航天、基础物理、核模拟等国家战略级科研与工程领域，是典型的“国之重器”，仅国家级超算中心、头部科研院所、大型央企可负担建设与运营成本。

这一阶段，美国在超算领域形成全链路垄断，英特尔至强系列CPU占据全球超算90%以上市场份额，英伟达Tesla系列GPU开始进入加速计算市场，MPI并行计算框架、商业仿真软件完全被海外厂商掌控；中国超算实现了整机系统的跨越式突破，天河二号连续六次登顶TOP500榜单，但核心芯片仍依赖英特尔，面临严重的“卡脖子”风险。

核心技术演进

1. 主流技术范式：多核CPU并行计算为绝对主流，CPU+GPU异构计算开始起步，以双精度浮点运算能力为核心性能指标，采用胖树架构高速互联，核心设计目标是峰值算力突破，争夺TOP500榜单排名。
2. 核心技术能力：
   • 算力规模突破：全球超算正式进入千万亿次（P级）时代，2015年TOP1超算天河二号峰值算力达33.86PFlops，持续算力30.65PFlops；2016年神威·太湖之光峰值算力突破125.44PFlops，持续算力93.01PFlops，成为全球首个突破100PFlops的超算系统，连续四次登顶TOP500榜单。
   • 主流架构：以英特尔至强多核CPU为核心的SMP/MPP并行架构为主，占比超90%；少数超算采用CPU+GPU异构加速架构，用于分子动力学、气象模拟等并行度高的场景，异构加速的技术价值开始显现。
   • 高速互联与存储：采用InfiniBand FDR/EDR高速互联网络，延迟降至微秒级，带宽提升至100Gbps；并行存储系统带宽达TB级，可支撑数万核CPU的并行数据读写需求。
   • 能效比水平：主流超算能效比集中在1-2GFlops/W，TOP500榜单绿500榜首超算能效比不足7GFlops/W，功耗成为超算规模扩张的核心瓶颈，风冷为绝对主流散热方案。
3. 国产技术突破：2016年国家超级计算无锡中心的神威·太湖之光，全面采用国产申威26010众核处理器，成为全球首个采用完全自主国产芯片登顶TOP500的超算系统，打破了海外芯片的垄断；国防科大、中科曙光、浪潮信息成为全球超算整机厂商第一梯队，2017年11月TOP500榜单中，中国上榜超算数量达202台，首次超越美国的143台，成为全球超算数量最多的国家。

工程化与落地能力

• 全球超算建设集中于国家级超算中心，中国建成6个国家级超算中心，全球TOP500超算中，中国厂商制造的超算占比超40%，浪潮、中科曙光、联想位列全球超算整机厂商前三；
• 应用场景高度集中于国家战略领域，气象气候、石油勘探、航空航天、核模拟、基础科学研究占比超90%，工业、金融、生物医药等民用场景渗透率不足10%；
• 国产超算完成了千万亿次应用的突破，神威·太湖之光的“全球大气非静力云分辨模拟”“石墨烯纳米带电子结构计算”等应用，先后两次斩获戈登贝尔奖，实现了中国超算应用领域零的突破。

产业格局与核心痛点

• 产业格局：美国形成全链路垄断，英特尔占据全球超算CPU市场90%以上份额，英伟达占据加速计算市场80%以上份额，ANSYS、ABAQUS等商业仿真软件完全垄断市场；中国在整机系统、国产芯片上实现突破，上榜数量全球第一，但核心芯片、基础软件、商业应用生态仍严重依赖海外。
• 核心痛点：核心芯片、高速互联芯片、基础软件完全被海外垄断，“卡脖子”风险极高；超算应用高度集中于科研领域，民用场景渗透率极低，算力利用率不足30%；功耗与算力规模的矛盾凸显，风冷散热达到瓶颈，能效比提升缓慢；国产超算软件生态薄弱，商业应用软件适配不足。

第二阶段：2018-2020 成长期——自主化加速突破，异构计算全面普及

产业背景

2018年中美贸易战全面升级，美国将中国多家超算中心、整机厂商列入实体清单，禁止英特尔、英伟达向中国出口高端超算芯片，彻底倒逼中国超算产业走上全栈自主化的道路。同期，AI深度学习快速崛起，对算力的需求呈指数级增长，CPU+GPU异构计算的算力优势被彻底释放，成为超算产业的主流技术路线；全球主要国家正式启动E级（亿亿次）超算研发计划，超算产业从“峰值竞赛”转向“自主可控+应用落地”双主线发展。

这一阶段，国产超算芯片迎来爆发式突破，飞腾、鲲鹏、海光、龙芯等通用CPU，以及寒武纪、壁仞、海光DCU、华为昇腾等加速芯片先后完成流片与量产，打破了海外芯片的垄断；国产高速互联网络、并行存储、操作系统、编译软件实现全链路突破，E级超算原型机先后完成验收，中国超算产业从“整机跟随”走向“全栈自主”。

核心技术演进

1. 主流技术范式：CPU+GPU/加速器异构计算成为行业绝对主流，双精度科学计算与半精度AI计算并行发展，E级超算研发成为全球技术竞争焦点，自主可控成为核心设计目标，超算从“唯峰值论”转向“算力-能效-应用”综合发展。
2. 核心技术突破：
   • 异构计算架构全面成熟：CPU+GPU/众核加速器的异构架构占比从2017年的不足20%提升至2020年的80%以上，英伟达V100/A100 GPU成为超算加速计算的标配，异构架构可同时支撑传统科学计算与AI训练任务，算力利用率提升至60%以上。
   • E级超算关键技术突破：中美欧先后完成E级超算原型机研发，突破了百万核并行计算、高带宽低延迟高速互联、大规模并行存储、全系统液冷散热等核心技术，为E级超算正式落地奠定了基础；中国神威、天河、曙光三大E级超算原型机先后通过国家验收，核心技术全部自主可控。
   • 高速互联与散热技术升级：InfiniBand HDR 200Gbps高速互联网络成为主流，国产自主高速互联网络实现突破，延迟降至1μs以内；冷板式液冷技术开始规模化应用，可将超算PUE降至1.2以下，解决了大规模超算的散热与功耗瓶颈，能效比提升至10GFlops/W以上。
   • 国产芯片全链路突破：海光、鲲鹏、飞腾、龙芯等国产通用CPU实现规模化应用，性能达到英特尔同级别产品水平；海光DCU、华为昇腾910、寒武纪思元等国产加速芯片完成量产，可支撑科学计算与AI训练双场景，打破了英伟达的垄断；申威、飞腾国产芯片在国家级超算中心实现规模化部署。
3. 国产技术状态：2020年11月TOP500榜单中，中国上榜超算数量达217台，连续5年位居全球第一，浪潮、中科曙光、联想稳居全球超算整机厂商前三；国产超算芯片实现从可用到好用的跨越，国家级超算中心国产芯片部署占比超50%；国产并行文件系统、操作系统、编译软件实现全链路自主，完成了E级超算全技术栈的验证。

工程化与落地能力

• 全球超算建设从国家级中心向区域中心、行业中心延伸，中国建成8个国家级超算中心，数十个省级/行业超算中心，总算力规模突破1EFlops；
• 应用场景开始向民用领域拓展，生物医药研发、工业仿真、金融风控、自动驾驶仿真、AI训练场景占比提升至30%以上，超算算力利用率提升至50%以上；
• 国产超算应用实现规模化突破，先后有6项应用斩获戈登贝尔奖，覆盖大气模拟、地震模拟、材料计算、生物医药等多个领域，达到全球顶尖水平。

产业格局与核心痛点

• 产业格局：美国仍占据高端芯片、软件生态的主导地位，英伟达占据全球加速计算市场85%以上份额；中国在整机制造、算力规模、国产芯片上实现全面突破，上榜数量全球第一，形成了从芯片、整机到应用的完整产业链，打破了海外厂商的全链路垄断。
• 核心痛点：高端制程芯片仍受海外管制，7nm以下先进制程芯片流片受限；国产加速芯片的软件生态、算子库与英伟达CUDA生态仍有较大差距；商业仿真软件、工业应用仍被海外厂商垄断，国产软件适配不足；AI算力需求爆发，但传统超算对AI任务的适配性不足，智算与超算融合仍处于萌芽阶段。

第三阶段：2021-2023 爆发期——E级超算落地，智算融合全面爆发

产业背景

2021-2023年，全球超算产业正式进入E级时代，2022年美国Frontier超算成为全球首个真正落地的E级超算，峰值算力达1.686EFlops，随后美国El Capitan、欧洲LUMI、日本富岳升级、中国天河三号、神威E级超算先后落地，全球超算正式迈入亿亿次时代。同期，ChatGPT引发全球AI大模型爆发，对算力的需求呈指数级增长，AI大模型训练成为超算产业最大的增长引擎，智算中心建设全面爆发，万卡/十万卡级AI超算集群成为常态，HPC与AI深度融合成为行业核心技术路线。

这一阶段，国产超算芯片实现跨越式突破，华为昇腾910B、海光DCU、壁仞BR100等国产高端加速芯片实现规模化量产，性能达到英伟达A100/H100同级别水平；国产万卡集群实现大规模部署，彻底打破了英伟达GPU的垄断；国产E级超算实现全栈自主可控，在气象、材料、生物医药等领域实现规模化应用，中国超算产业从“跟跑”正式迈入“领跑”阶段。

核心技术演进

1. 主流技术范式：E级超算规模化落地，HPC+AI智算融合成为行业绝对主流，从传统双精度科学计算为主，转向“科学计算+AI训练”双轮驱动，万卡级异构集群成为标配，端到端全栈自主可控成为核心竞争力，绿色低碳成为超算建设的硬性指标。
2. 核心技术革命：
   • 全球正式进入E级超算时代：2022年美国Frontier超算成为首个持续算力突破1EFlops的E级超算，峰值算力达1.686EFlops；2023年美国El Capitan超算峰值算力突破2EFlops，成为全球最强超算；中国天河三号、神威E级、曙光E级超算先后落地，核心芯片、高速互联、软件栈全部自主可控，正式迈入E级时代。
   • 智算融合技术全面成熟：超算架构从传统科学计算优化，转向AI训练与科学计算双场景适配，FP16/BF16/INT8低精度算力成为核心指标，万卡/十万卡级AI超算集群实现规模化部署，可支撑万亿参数大模型的端到端训练；超算与AI深度融合，AI大模型用于加速科学计算仿真，超算算力用于大模型训练，形成双向赋能的技术闭环。
   • 国产高端芯片实现跨越式突破：华为昇腾910B、海光DCU二代、壁仞BR100、沐曦MX1等国产高端加速芯片实现量产，AI算力达到英伟达A100/H100同级别水平，完成了万卡集群的规模化部署，支撑了国内百亿/万亿参数大模型的训练；飞腾、鲲鹏、海光CPU在超算领域的市占率突破70%，实现了核心算力的自主可控。
   • 全液冷技术成为行业标配：浸没式液冷、冷板式液冷技术全面普及，新建超算/智算中心100%采用液冷方案，PUE降至1.1以下，顶尖液冷系统PUE可低至1.04，彻底解决了万卡集群的散热瓶颈；能效比大幅提升，绿500榜首超算能效比突破50GFlops/W，较2015年提升25倍。
   • 高速互联与存储技术升级：NVLink 4.0、InfiniBand NDR 400Gbps高速互联成为高端超算标配，国产自主高速互联网络实现400Gbps带宽突破，延迟降至500ns以内；分布式并行存储系统带宽突破10TB/s，可支撑十万卡集群的并行数据读写需求，解决了大模型训练的存储墙瓶颈。
3. 国产技术全球领跑：2023年11月TOP500榜单中，中国上榜超算数量达179台，美国161台，中国连续8年位居全球第一；国产E级超算实现全栈自主可控，在气象预报、材料科学、生物医药等领域的应用达到全球顶尖水平；国产AI超算集群规模全球领先，建成数十个万卡级昇腾集群，总算力规模全球第二，彻底打破了海外芯片的垄断；中国超算应用累计8次斩获戈登贝尔奖，位列全球第二。

工程化与落地能力

• 全球E级超算实现规模化落地，中美欧建成6套以上E级超算系统，总算力规模突破10EFlops；中国建成14个国家级超算中心，数十个行业智算中心，万卡级AI集群超50个，总算力规模位居全球第二；
• 应用场景实现全面爆发，AI大模型训练、自动驾驶仿真、生物医药研发、工业数字孪生、气象气候、新能源研发等场景占比超60%，超算从科研院所走向千行百业，算力利用率提升至70%以上；
• 国产超算实现商业化规模化落地，浪潮、中科曙光、华为占据国内超算/智算中心市场90%以上份额，国产超算解决方案出口至东南亚、中东、欧洲等全球20余个国家和地区。

产业格局

• 全球格局形成中美双极引领：美国在高端制程芯片、CUDA软件生态上仍保持优势，但中国在算力规模、整机制造、国产芯片、应用落地规模上实现全面反超；中国TOP500上榜数量连续8年全球第一，超算整机厂商占据全球市场60%以上份额。
• 国产全产业链全面成熟：形成了从芯片设计、晶圆制造、整机集成、高速互联、基础软件、行业应用的全链路自主可控产业链，国产CPU、加速芯片、操作系统、编译软件、行业应用软件实现全面突破，彻底摆脱了对海外技术的依赖。

第四阶段：2024-2025 普及期——全域算力网络建成，绿色普惠化发展

产业背景

2024-2025年，国内“东数西算”工程全面建成，全国一体化算力网络正式成型，E级超算实现规模化行业应用，Z级（泽它级，1000EFlops）超算启动预研；AI大模型从通用大模型向行业垂直大模型全面落地，对算力的需求从集中式训练转向“训练+推理”全场景，超算从中心式建设转向“中心超算+边缘智算+端侧算力”的全域算力网络；量子计算与经典超算的融合实现突破，量子-经典混合超算完成原型验证；国产超算生态全面成熟，从“可用”走向“好用”，成为全球超算产业的核心引领者。

同期，全球碳中和目标推动绿色超算全面普及，全液冷、余热回收、新能源供电成为超算建设的标配；国产超算方案随新能源汽车、AI大模型、工业解决方案出海，落地全球30余个国家和地区，国内厂商开始主导ISO/IEC超算技术标准的制定，从技术跟随者升级为全球规则的制定者。

核心技术演进

1. 主流技术范式：E级超算规模化应用，全域算力网络成型，量子-经典融合、智算深度融合成为核心方向，从集中式超算中心转向“云-边-端”全域协同算力体系，绿色低碳、全栈自主、普惠化成为行业核心发展目标。
2. 核心技术全面成熟：
   • E级超算实现全场景规模化应用：中国E级超算在气象气候、航空航天、生物医药、新能源、新材料等领域实现规模化商用，支撑了全球最高精度的100米分辨率全球气象预报、国产大飞机全机气动仿真、新冠疫苗与创新药研发等国家级重大项目，应用水平达到全球顶尖。
   • 全域算力网络全面建成：“东数西算”工程8大算力枢纽、10个数据中心集群全面建成，形成了“国家级E级超算中心+省级智算中心+行业边缘算力节点”的三级算力网络，实现了算力的全国统一调度、按需分配，算力利用率提升至85%以上，千行百业可通过云服务便捷获取超算算力。
   • 量子-经典融合超算实现突破：中国、美国先后建成量子-经典混合超算原型系统，将量子比特与经典E级超算深度融合，利用量子计算解决经典超算难以处理的量子化学、密码破解、材料模拟等问题，实现了算力的指数级提升，为Z级超算奠定了技术基础。
   • 国产超算生态全面成熟：国产CPU、加速芯片的编译器、算子库、开发框架全面完善，CUDA生态适配工具成熟，90%以上的主流科学计算、AI训练框架完成国产芯片适配；国产工业仿真、生物医药、气象模拟商业软件实现规模化应用，彻底打破了海外软件的垄断。
   • 绿色超算技术达到全球顶尖水平：浸没式液冷+余热回收技术全面普及，新建超算中心PUE普遍低于1.1，余热回收利用率超80%，可实现数据中心余热供暖、制冷，部分超算中心实现零碳运行；超算能效比突破70GFlops/W，较2015年提升35倍以上。
3. 国产技术全球领跑：中国建成全球规模最大的一体化算力网络，总算力规模位居全球第一；国产E级超算的应用水平、自主化程度达到全球顶尖；国产加速芯片在AI训练场景的市占率国内超80%，全球市场份额突破30%；国内厂商深度参与ISO/IEC超算能效、高速互联、算力调度国际标准的制定，成为全球超算产业的核心引领者。

工程化与落地能力

• 量产普及全面完成：2025年国内超算/智算中心总算力规模突破50EFlops，E级超算实现多领域规模化商用；工业企业、生物医药公司、AI初创企业超算云服务使用率超70%，超算从科研院所专属设施，变成了千行百业可便捷获取的普惠算力；
• 全球化布局全面启动：国产超算解决方案出口至全球30余个国家和地区，浪潮、中科曙光、华为成为全球前三大超算整机厂商，市场份额超60%；国产智算集群、加速芯片随AI大模型方案出海，落地东南亚、中东、欧洲市场，成为全球AI算力基础设施的核心供应商。

产业格局

• 全球格局中国全面领跑：中国成为全球最大的超算算力供给国、应用市场，国产超算整机全球市场份额超60%，国内市场占有率超90%；在E级超算、智算融合、绿色超算、量子-经典融合领域实现技术领跑，彻底改变了美国一家独大的全球超算格局。
• 国产生态全面成熟：形成了以华为、中科曙光、浪潮、海光、飞腾为核心的全产业链厂商梯队，从芯片、整机、基础软件到行业应用实现了100%自主可控，彻底摆脱了对海外技术、产品的依赖。

三、高性能计算十年核心维度演进对比表

核心维度	2015年（启蒙期）	2020年（成长期）	2025年（普及期）	十年核心质变
全球TOP1超算峰值算力	33.86PFlops（天河二号）	415.5PFlops（富岳）	2EFlops以上（El Capitan/国产E级超算）	算力规模提升超60倍，从P级迈入E级时代
主流技术架构	多核CPU并行计算为主，异构计算起步	CPU+GPU/加速器异构计算全面普及	E级异构融合架构，HPC+AI智算深度融合，量子-经典混合架构	从单核串行到异构融合、智算融合的架构革命
核心芯片格局	英特尔CPU垄断90%市场，英伟达GPU起步	英伟达GPU垄断加速计算市场，国产芯片实现突破	国产CPU/加速芯片国内市占率超80%，全球份额突破30%	从海外全链路垄断，到国产全栈自主可控
核心应用场景	气象、石油、航空航天等基础科研领域，占比超90%	基础科研+工业仿真+AI训练，民用场景占比30%	AI大模型、工业数字孪生、自动驾驶、生物医药等千行百业，民用场景占比超70%	从科研专属小众应用，到数字经济普惠算力底座
能效比水平	主流1-2GFlops/W，最高不足7GFlops/W	主流10GFlops/W，最高突破20GFlops/W	主流30GFlops/W，最高突破70GFlops/W	能效比提升35倍，绿色低碳技术全面成熟
散热方案	风冷为绝对主流，PUE>1.5	冷板式液冷规模化应用，PUE<1.2	全液冷技术成为标配，浸没式液冷普及，PUE<1.1，余热回收利用率超80%	从风冷高功耗，到全液冷零碳绿色超算
高速互联带宽	InfiniBand EDR 100Gbps	InfiniBand HDR 200Gbps	InfiniBand NDR 400Gbps，国产自主400Gbps网络	带宽提升4倍，延迟降至500ns以内
中国TOP500上榜数量	109台，全球第二	217台，全球第一	180台以上，连续9年全球第一	从跟跑到领跑，成为全球超算数量最多的国家
国产化水平	核心芯片100%进口，国产化率<10%	国产芯片规模化部署，国产化率>50%	全栈全链路自主可控，国产化率>90%	从完全依赖进口，到全球技术与产业领跑
算力普惠化水平	仅国家级超算中心可使用，企业使用率<10%	区域/行业超算中心建成，企业使用率>30%	全国一体化算力网络建成，云服务模式普及，企业使用率>70%	从科研专属，到千行百业普惠可用
核心价值	科技竞赛的峰值指标，国家战略科研工具	自主可控的国之重器，科研+产业双轮驱动	数字经济的核心算力底座，千行百业数字化转型的核心生产力	从峰值竞赛，到国家数字经济核心生产力

四、十年演进的五大核心本质转变

1. 定位本质：从科研专属的国之重器，到数字经济的通用算力底座

十年间，高性能计算完成了最核心的定位跃迁：从仅服务于国家战略级基础科研的“国之重器”，仅国家级超算中心可建设运营，成长为支撑AI大模型、工业数字化、生物医药、自动驾驶等千行百业的通用算力底座，通过云服务模式实现了算力的普惠化，从科研院所的专属设施，变成了数字经济时代的核心基础设施，彻底改变了其在国民经济中的定位与价值。

2. 技术本质：从CPU多核并行计算，到异构融合、智算融合的全新技术体系

十年间，高性能计算的技术底层完成了彻底重构：从英特尔至强CPU主导的多核串行/并行计算架构，演进为CPU+GPU/加速器的异构计算架构，最终升级为HPC+AI深度融合、量子-经典混合计算的全新技术体系；从以双精度浮点运算为唯一核心指标，转向双精度科学计算与低精度AI计算双轮驱动；从单纯追求峰值算力，转向算力、能效、应用、自主可控的综合发展，完成了从“计算硬件”到“智能算力体系”的本质跨越。

3. 产业格局本质：从美国全链路垄断，到国产全栈自主可控全球领跑

十年间，全球高性能计算的产业格局完成了从“美国一家独大”到“中美双极引领，中国全面领跑”的彻底逆转。2015年，美国垄断了核心芯片、基础软件、整机制造的全链路，中国超算核心芯片100%依赖进口；2025年，中国TOP500上榜数量连续9年全球第一，整机厂商占据全球60%以上市场份额，国产CPU、加速芯片实现全链路自主可控，国内市占率超80%，从技术跟随者成长为全球超算产业的技术创新者与标准制定者。

4. 应用本质：从基础科学小众应用，到千行百业全面普及

十年间，高性能计算的应用场景实现了指数级拓展：从气象预报、石油勘探、航空航天、核模拟等少数国家战略级科研场景，拓展到AI大模型训练、生物医药研发、工业数字孪生、自动驾驶仿真、金融风控、新能源研发、元宇宙渲染等千行百业；从只有少数科研人员可使用的专业设备，变成了中小企业可通过云服务便捷获取的普惠算力，应用场景占比从科研领域超90%，转向民用产业领域超70%，彻底打破了超算的应用边界。

5. 发展逻辑本质：从峰值算力竞赛，到自主可控与绿色普惠的高质量发展

十年间，高性能计算的发展逻辑完成了根本性转变：从以TOP500榜单排名为核心的峰值算力竞赛，转向以自主可控为核心、以应用落地为目标、以绿色低碳为底线的高质量发展。从单纯追求算力规模的扩张，转向算力利用率、能效比、产业链自主化、行业渗透率的全面提升，从“大而不强”的规模扩张，走向“全栈自主、普惠赋能”的高质量发展，成为支撑国家科技自立自强的核心基石。

五、现存核心挑战

1. 高端制程芯片仍受海外管制，先进工艺存在瓶颈
   尽管国产超算芯片实现了全面突破，但7nm以下先进制程芯片的流片仍受海外出口管制限制，高端加速芯片的晶体管密度、频率与英伟达H100/H200仍有差距；高端高速互联芯片、存储芯片仍部分依赖进口，全产业链完全自主可控仍需持续深化。

2. 软件生态与海外仍有差距，商业应用适配不足
   国产加速芯片的编译器、算子库、开发框架虽已全面完善，但与英伟达CUDA生态数十年的积累仍有差距，部分小众科学计算软件、高端工业仿真软件对国产芯片的适配仍不足；国产商业应用软件的市场份额仍较低，海外商业软件仍占据高端市场主导地位。

3. 算力墙、存储墙、功耗墙的瓶颈仍未根本突破
   随着E级超算向Z级超算演进，冯·诺依曼架构的“存储墙”问题日益凸显，算力与数据读写速度的差距持续扩大；大规模超算的功耗持续攀升，尽管液冷技术大幅降低了PUE，但万卡/十万卡集群的总功耗仍达数十兆瓦，成为算力规模扩张的核心瓶颈；存算一体、近存计算技术仍未实现规模化落地。

4. 算力调度与普惠化仍有不足，中小微企业渗透率低
   全国一体化算力网络虽已建成，但跨区域、跨平台的算力调度标准仍不统一，算力孤岛问题仍未完全解决；超算算力的使用门槛仍较高，中小微企业对超算的使用率仍不足，行业定制化解决方案不完善，算力普惠化仍需持续推进。

5. 量子-经典融合超算仍处于原型阶段，工程化落地仍需突破
   量子计算与经典超算的融合虽已实现原型验证，但量子比特的保真度、相干时间仍有不足，量子算法的场景适配范围有限，大规模量子-经典混合超算的工程化落地、软件生态建设仍需5-10年的持续突破。

六、未来发展趋势（2025-2030）

1. Z级超算全面落地，全球进入泽它级算力时代

2030年前，全球将正式进入Z级（泽它级，1000EFlops）超算时代，中美欧将先后建成多套Z级超算系统，突破百万核/千万核并行计算、光电互联、存算一体、全系统液冷等核心技术，算力规模较E级超算提升1000倍，支撑全球气候变化模拟、可控核聚变、宇宙演化等终极科学问题的研究。

2. 量子-经典融合超算全面成熟，实现算力指数级提升

2030年前，百比特以上容错量子计算机将与经典Z级超算深度融合，形成标准化的量子-经典混合超算架构，解决经典超算难以处理的量子化学、材料设计、密码破解、优化算法等问题，实现算力的指数级提升，开启超算产业的全新时代。

3. 存算一体、光电计算架构重构超算底层技术

2030年前，存算一体芯片、近存计算、光电互联、光计算技术将实现规模化落地，彻底打破冯·诺依曼架构的存储墙瓶颈，超算能效比提升至1000GFlops/W以上，功耗降低90%以上，从根本上解决超算的功耗与算力扩张矛盾。

4. 全链路国产化体系全面成熟，主导全球行业标准制定

2030年前，高性能计算将实现从芯片设计、晶圆制造、整机集成、基础软件到行业应用的全链路100%国产化，国产超算全球市场份额突破70%；国内厂商将全面主导ISO/IEC超算技术、能效、算力调度国际标准的制定，成为全球超算产业的核心创新中心与规则制定者。

5. 算力网络全面普惠化，成为数字经济的水电煤

2030年前，全国一体化算力网络将实现“云-边-端”全场景覆盖，超算算力通过云服务模式实现按需分配、即取即用，千行百业超算使用率超90%，中小微企业渗透率超80%；超算将彻底从科研专属设施，变成数字经济时代像水电煤一样的普惠基础设施，支撑全社会的数字化转型与智能化升级。