一、全球超算行业市场规模与应用结构分析

全球超算行业市场规模在2019年突破275亿美元，2020年受新冠疫情影响下降约13.4%，至239.81亿美元左右。2021年随着疫情缓解和经济复苏，预计市场规模将恢复增长，达到260亿美元左右。2022年至2023年，随着新一代超算系统的部署和应用需求的增加，预计市场规模将保持10%左右的增速，分别达到286亿美元和315亿美元。

从全球超算行业市场结构来看，HPC服务器占比保持在50%左右，是最大的支出部分。2020年HPC服务器市场规模为118.46亿美元，占总体市场49.4%。其次是存储占HPC支出的20%左右，2020年规模占比为19.9%。此外，HPC中间件、应用、服务市场占比分别为5.8%、16.9%、7.9%。

从全球超算行业应用领域来看，主要集中在政府和学术研究、生命科学、CAE（计算机辅助工程）、金融、EDA（电子设计自动化）、地理、机械设计等领域。其中，政府和学术研究占比略高于其他领域，2020年分别达到18.2%和16.8%；CAE和生命科学紧随其后，2020年分别达到12.4%和10.5%。到2024年，政府行业的应用占比将达到21.8%，2019-2024年年均复合增长率达到11.3%，远超其他行业应用。

二、中国超算行业市场现状与竞争格局分析

中国是全球拥有最多超级计算机的国家，在全球TOP500榜单上一直保持着数量上的优势。2021年6月榜单中，中国上榜数量为173台，占比34.6%，位居第一；其次是美国上榜数量为140台，占比28%，位居第二；日本上榜数量为36台，占比7.2%，位居第三。

中国在超级计算机数量上的优势主要得益于国家对超算领域的重视和投入，以及自主芯片和系统设计的突破。中国自主研发的申威处理器和飞腾处理器已经实现了超算芯片的国产化，并在神威·太湖之光和天河二号等多个项目中得到应用。神威·太湖之光是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机，并在2016-2017年连续四次位居TOP500榜首。

尽管中国在超级计算机数量上领先于美国，但在总运算能力上仍然略低于美国。2021年6月美国超级计算机总运算能力为30.7%，中国超级计算机总运算能力为19.4%，差距较2020年有所扩大。这主要是因为美国在高端超级计算机方面仍然具有优势，在TOP10中占据了5个席位，其中前两名分别是Summit和Sierra系统，运行速度分别为1.48亿亿次/秒和0.94亿亿次/秒。而中国在TOP10中只有两个席位，分别是天河二号A系统和神威·太湖之光系统，运行速度分别为0.61亿亿次/秒和0.58亿亿次/秒。

三、全球及中国超算行业发展趋势分析

未来几年内，全球及中国超算行业将面临以下几个发展趋势：

（1）向云端迁移。随着云计算技术的发展和成本的降低，越来越多的用户选择将HPC任务部署在云端，以获得更高的灵活性和可扩展性。2018-2020年，用户上公有云的速度和应用速度加快，促使HPC Cloud (公有云)支出增速大大高于线下HPC部署规模。预计未来几年内这一趋势将继续保持，并且会有更多的混合云解决方案出现。

（2）向异构化发展。随着人工智能、大数据等新兴应用对HPC性能提出更高要求，在传统CPU之外引入GPU、FPGA等加速器已经成为提高HPC效率和降低功耗的有效途径。异构化架构可以根据不同任务类型进行优化调度，并利用不同硬件设备之间的协同效应提高整体性能。目前已经有多个异构化架构的项目在进行中或即将启动，如欧洲EPI项目、日本富岳系统等。

（3）向量阵列化发展。向量阵列化是指利用向量处理器或阵列处理器进行并行处理的技术，在某些领域可以显著提高HPC性能。目前已经有一些向量阵列化架构的项目在进行中或即将启动，如中国神威·昆仑系统、俄罗斯Elbrus-8S系统等。

（4）向量子化发展。量子计算是指利用量子比特（qubit）代替传统比特（bit）进行信息处理的技术，在理论上可以实现指数级的加速效果。量子计算在密码学、优化、机器学习等领域有巨大的潜力，但目前仍处于探索阶段，面临着量子比特稳定性、量子纠错、量子算法等多方面的挑战。目前已经有一些量子计算项目在进行中或即将启动，如美国IBM Q系统、中国九章系统等。

（5）向绿色化发展。随着超算规模的不断扩大和性能的不断提高，超算系统的能耗和散热问题也日益突出，不仅影响了超算的运行效率和可靠性，也造成了环境污染和资源浪费。因此，提高超算系统的能效比和降低碳排放已经成为超算行业的重要目标。目前已经有一些绿色超算项目在进行中或即将启动，如美国Aurora系统、中国神威·太湖之光系统等。

尚普咨询认为，未来几年内，全球及中国超算行业将保持稳定增长，同时面临着技术创新和应用拓展的机遇和挑战。超算行业的竞争格局将更加多元化和激烈化，各国和各企业都将加大对超算领域的投入和布局，以争夺超算领域的制高点和市场份额。