2025-2030中國超級計算軟件（超算軟件）發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研與可持續(xù)發(fā)展建議研究報告目錄一、中國超級計算軟件發(fā)展現(xiàn)狀分析 31、整體發(fā)展概況 3年前超算軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu) 3主要應(yīng)用領(lǐng)域分布及典型成果 52、核心技術(shù)能力評估 6國產(chǎn)超算軟件自主可控水平 6與國際先進水平的差距分析 7二、市場競爭格局與主要參與者 91、國內(nèi)主要企業(yè)與科研機構(gòu)布局 9國家超算中心及高校研發(fā)團隊現(xiàn)狀 9頭部企業(yè)（如華為、曙光、浪潮等）軟件產(chǎn)品線與戰(zhàn)略 102、國際競爭態(tài)勢 11美國、日本、歐盟等地區(qū)超算軟件技術(shù)優(yōu)勢 11中外企業(yè)在關(guān)鍵軟件生態(tài)中的競爭與合作 13三、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢與瓶頸 141、軟件架構(gòu)與算法創(chuàng)新 14面向E級及后E級計算的軟件適配技術(shù) 14人工智能與超算融合的軟件框架進展 142、核心瓶頸與挑戰(zhàn) 16異構(gòu)計算環(huán)境下的軟件移植與優(yōu)化難題 16高性能計算軟件人才短缺與培養(yǎng)機制 16四、市場應(yīng)用與數(shù)據(jù)支撐體系 181、重點行業(yè)應(yīng)用場景分析 18氣象、能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的軟件需求與落地案例 18工業(yè)仿真與數(shù)字孿生對超算軟件的依賴程度 192、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與標準體系 20超算軟件數(shù)據(jù)接口、互操作性標準現(xiàn)狀 20國家與行業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機制建設(shè)進展 22五、政策環(huán)境、風險因素與可持續(xù)發(fā)展建議 231、國家政策與產(chǎn)業(yè)支持體系 23十四五”及后續(xù)規(guī)劃中超算軟件相關(guān)政策梳理 23財政、稅收、人才引進等配套措施效果評估 242、風險識別與投資策略建議 25技術(shù)封鎖、供應(yīng)鏈安全等外部風險分析 25摘要近年來，中國超級計算軟件（超算軟件）產(chǎn)業(yè)在國家戰(zhàn)略支持、技術(shù)積累和市場需求多重驅(qū)動下持續(xù)快速發(fā)展，2024年市場規(guī)模已突破180億元人民幣，預(yù)計到2030年將超過500億元，年均復合增長率保持在18%以上。這一增長不僅源于“東數(shù)西算”工程、“十四五”國家信息化規(guī)劃以及新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃等政策紅利，更得益于高性能計算在氣象預(yù)測、生物醫(yī)藥、新能源材料、航空航天、金融建模等關(guān)鍵領(lǐng)域的深度滲透。當前，國產(chǎn)超算軟件生態(tài)正從“硬件主導”向“軟硬協(xié)同”轉(zhuǎn)型，以“神威·太湖之光”“天河”系列為代表的國產(chǎn)超算平臺已逐步搭載自主研發(fā)的并行計算框架、數(shù)值模擬引擎和AI融合中間件，例如“OpenAtom”開源社區(qū)推動的并行編程模型、“PaddlePaddle”與超算融合的智能科學計算平臺，顯著提升了軟件棧的自主可控能力。然而，行業(yè)仍面臨核心算法庫依賴國外、跨平臺兼容性不足、專業(yè)人才斷層以及商業(yè)變現(xiàn)路徑不清晰等挑戰(zhàn)。據(jù)中國信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2024年國內(nèi)超算軟件企業(yè)中僅有不足30%具備完整商業(yè)化產(chǎn)品體系，多數(shù)仍停留在項目定制或科研配套階段，制約了產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。面向2025—2030年，超算軟件的發(fā)展將聚焦三大方向：一是構(gòu)建統(tǒng)一的國產(chǎn)軟件生態(tài)體系，推動MPI、OpenMP、CUDA替代方案如“SunwayOpenACC”和“AscendC”的標準化與互操作；二是深化“超算+AI”融合，發(fā)展面向大模型訓練與推理的異構(gòu)計算調(diào)度系統(tǒng)，提升能效比與任務(wù)吞吐量；三是拓展行業(yè)應(yīng)用場景，尤其在碳中和模擬、精準醫(yī)療、智能制造等新興領(lǐng)域形成可復制的解決方案。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，建議從國家層面設(shè)立超算軟件專項基金，支持基礎(chǔ)算法與核心工具鏈研發(fā)；鼓勵高校與龍頭企業(yè)共建聯(lián)合實驗室，加速復合型人才培養(yǎng)；同時推動建立超算軟件認證與評估體系，引導市場向高質(zhì)量、高安全、高兼容的產(chǎn)品傾斜。此外，應(yīng)加強國際開源社區(qū)參與，在保障安全可控前提下融入全球技術(shù)生態(tài)，避免“閉門造車”。綜合來看，未來五年是中國超算軟件從“可用”邁向“好用”乃至“領(lǐng)先”的關(guān)鍵窗口期，唯有通過政策引導、技術(shù)創(chuàng)新與市場機制協(xié)同發(fā)力，方能在全球高性能計算競爭格局中占據(jù)戰(zhàn)略主動，支撐國家科技自立自強與數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展目標的實現(xiàn)。年份產(chǎn)能（萬套/年）產(chǎn)量（萬套/年）產(chǎn)能利用率（%）國內(nèi)需求量（萬套/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、中國超級計算軟件發(fā)展現(xiàn)狀分析1、整體發(fā)展概況年前超算軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)截至2024年底，中國超級計算軟件產(chǎn)業(yè)已形成較為完整的生態(tài)體系，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴張，展現(xiàn)出強勁的發(fā)展韌性與技術(shù)自主能力。根據(jù)國家高性能計算環(huán)境發(fā)展報告及中國信息通信研究院最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2024年中國超算軟件市場規(guī)模達到約185億元人民幣，較2020年增長近2.3倍，年均復合增長率維持在25.6%左右。這一增長不僅源于國家在“東數(shù)西算”工程、新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃以及“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃中的持續(xù)投入，也得益于科研機構(gòu)、高校、國防軍工、能源勘探、生物醫(yī)藥、氣象預(yù)報等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡嬎丬浖枨蟮娘@著提升。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，超算軟件產(chǎn)業(yè)可細分為基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件（如并行操作系統(tǒng)、資源調(diào)度系統(tǒng)、運行時環(huán)境）、中間件與開發(fā)工具（包括并行編程模型、調(diào)試分析工具、性能優(yōu)化平臺）、行業(yè)應(yīng)用軟件（如計算流體力學、分子動力學模擬、氣候建模、金融風險分析等）三大類。其中，行業(yè)應(yīng)用軟件占據(jù)最大市場份額，約為58%，基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件占比約22%，中間件與開發(fā)工具占比約20%。值得注意的是，國產(chǎn)化替代進程加速推動了本土軟件企業(yè)的崛起，以中科曙光、華為、浪潮、并行科技、國家超算中心聯(lián)盟等為代表的機構(gòu)，在操作系統(tǒng)內(nèi)核優(yōu)化、異構(gòu)計算支持、AI融合框架等方面取得實質(zhì)性突破，部分產(chǎn)品已實現(xiàn)對國際主流商業(yè)軟件（如IntelMPI、NVIDIACUDA生態(tài)組件）的功能對標甚至局部超越。在區(qū)域分布上，京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)成為超算軟件產(chǎn)業(yè)集聚高地，三地合計貢獻全國超算軟件產(chǎn)值的72%以上，其中北京依托國家超算中心與中科院體系，聚焦基礎(chǔ)軟件研發(fā)；上海和深圳則憑借強大的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力，在行業(yè)應(yīng)用軟件和云化超算服務(wù)方面表現(xiàn)突出。展望2025至2030年，隨著E級（百億億次）超算系統(tǒng)的全面部署及后續(xù)Z級（千百億億次）計算架構(gòu)的預(yù)研啟動，超算軟件產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪結(jié)構(gòu)性升級。預(yù)計到2030年，中國超算軟件市場規(guī)模有望突破600億元，年均增速保持在20%以上。驅(qū)動因素包括：國家對算力基礎(chǔ)設(shè)施的戰(zhàn)略性布局持續(xù)加碼，人工智能大模型訓練對高性能計算資源的依賴日益加深，以及“軟件定義超算”理念在產(chǎn)業(yè)界逐步落地。未來發(fā)展方向?qū)⒕劢褂诋悩?gòu)融合架構(gòu)下的軟件棧重構(gòu)、AI與HPC深度融合的智能計算框架、面向云邊端協(xié)同的分布式超算服務(wù)模式，以及開源生態(tài)與標準化體系的建設(shè)。同時，軟件能效比、可移植性、易用性將成為衡量技術(shù)先進性的核心指標。為支撐這一發(fā)展路徑，需進一步強化基礎(chǔ)軟件底層創(chuàng)新能力，完善產(chǎn)學研用協(xié)同機制，推動建立統(tǒng)一的軟件評測基準與認證體系，并通過政策引導鼓勵行業(yè)用戶采用國產(chǎn)超算軟件解決方案，從而構(gòu)建安全可控、高效協(xié)同、可持續(xù)演進的中國超算軟件產(chǎn)業(yè)新格局。主要應(yīng)用領(lǐng)域分布及典型成果當前，中國超級計算軟件在多個關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度滲透與廣泛應(yīng)用，涵蓋氣象氣候模擬、生物醫(yī)藥研發(fā)、高端裝備制造、能源勘探開發(fā)、人工智能訓練、金融風險建模以及國防安全等方向，形成以國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施為支撐、產(chǎn)學研協(xié)同推進的應(yīng)用生態(tài)體系。根據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2023年中國超算軟件市場規(guī)模已達186億元人民幣，預(yù)計到2030年將突破620億元，年均復合增長率維持在18.7%左右。在氣象與氣候模擬領(lǐng)域，依托“神威·太湖之光”與“天河”系列超算平臺，國家氣象中心已實現(xiàn)全球10公里分辨率、區(qū)域1公里分辨率的數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)，顯著提升極端天氣事件的預(yù)警時效與精度，支撐國家防災(zāi)減災(zāi)體系構(gòu)建。生物醫(yī)藥方向，超算軟件在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、藥物虛擬篩選及基因組大數(shù)據(jù)分析中發(fā)揮關(guān)鍵作用，例如中科院計算所聯(lián)合多家機構(gòu)開發(fā)的“AI+超算”藥物發(fā)現(xiàn)平臺，成功將新藥先導化合物篩選周期由傳統(tǒng)數(shù)月縮短至72小時內(nèi)，2023年支撐完成超過120個靶點的高通量計算任務(wù)，加速國產(chǎn)創(chuàng)新藥研發(fā)進程。在高端制造領(lǐng)域，中國商飛、中車集團等龍頭企業(yè)廣泛部署基于超算的多物理場耦合仿真軟件，用于飛機氣動外形優(yōu)化、高鐵噪聲控制及復合材料結(jié)構(gòu)強度分析，其中C919大型客機研制過程中累計完成超200萬核小時的計算任務(wù)，有效降低物理試驗成本30%以上。能源行業(yè)方面，中石油、中石化等企業(yè)依托超算平臺開展地震波反演、油藏數(shù)值模擬及碳封存路徑優(yōu)化，2023年僅中石油在塔里木盆地超深層油氣勘探項目中，通過超算軟件實現(xiàn)三維地震數(shù)據(jù)處理效率提升5倍，新增探明儲量超億噸。人工智能與大模型訓練成為超算軟件新興增長極，2024年國內(nèi)已有超過40家AI企業(yè)與超算中心建立合作，利用異構(gòu)計算架構(gòu)加速千億參數(shù)模型訓練，典型如“紫東太初”多模態(tài)大模型在國家超算無錫中心完成訓練，訓練效率較通用GPU集群提升3.2倍。金融領(lǐng)域則聚焦高頻交易策略回測、系統(tǒng)性風險壓力測試及衍生品定價模型優(yōu)化，工商銀行、平安集團等機構(gòu)年均調(diào)用超算資源超50萬核小時，支撐復雜金融工程模型的實時演算需求。國防與安全應(yīng)用雖受限于保密要求披露有限，但公開信息顯示，超算軟件已在高超聲速飛行器氣動熱力學仿真、電磁環(huán)境建模及密碼破譯算法加速等方面取得實質(zhì)性突破。面向2025—2030年，隨著“東數(shù)西算”工程深入推進與國產(chǎn)E級超算全面部署，超算軟件將進一步向行業(yè)深度定制化、云化服務(wù)化、智能化融合方向演進，預(yù)計到2030年，其在工業(yè)設(shè)計、智慧城市、精準醫(yī)療等新興場景的應(yīng)用占比將從當前不足25%提升至45%以上，形成覆蓋國民經(jīng)濟主干領(lǐng)域的全鏈條支撐能力，為國家科技自立自強與數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供底層算力軟件基座。2、核心技術(shù)能力評估國產(chǎn)超算軟件自主可控水平近年來，國產(chǎn)超算軟件在國家政策引導、科研投入持續(xù)加碼以及高性能計算應(yīng)用場景不斷拓展的多重驅(qū)動下，自主可控水平顯著提升。根據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《2024年中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2023年我國超算軟件市場規(guī)模已達到約128億元人民幣，預(yù)計到2025年將突破200億元，年均復合增長率維持在18%以上。這一增長不僅源于硬件基礎(chǔ)設(shè)施的快速部署，更反映出軟件層面對國產(chǎn)化替代的迫切需求。在“十四五”國家信息化規(guī)劃和“東數(shù)西算”工程的協(xié)同推進下，超算中心對國產(chǎn)軟件的采購比例逐年上升，2023年重點國家級超算中心國產(chǎn)軟件部署率已超過65%，較2020年提升近40個百分點。特別是在氣象模擬、核聚變研究、生物醫(yī)藥、材料科學等關(guān)鍵領(lǐng)域，國產(chǎn)超算軟件如“神威·太湖之光”配套的SW系列軟件棧、“天河”系列搭載的TH系列并行計算框架，以及中科院計算所研發(fā)的OpenMC、OpenFOAM國產(chǎn)優(yōu)化版本等，已實現(xiàn)對部分國外主流商業(yè)軟件的功能替代。在基礎(chǔ)算法庫層面，BLAS、LAPACK、FFTW等核心數(shù)學庫的國產(chǎn)化版本性能已接近或達到國際先進水平，部分場景下甚至實現(xiàn)超越。與此同時，國家超算無錫中心、廣州中心、長沙中心等機構(gòu)聯(lián)合高校與企業(yè)，構(gòu)建了覆蓋編譯器、運行時系統(tǒng)、并行通信庫、調(diào)試工具鏈在內(nèi)的全棧式國產(chǎn)軟件生態(tài)體系，顯著降低了對外部技術(shù)的依賴程度。據(jù)工信部2024年中期評估報告指出，當前我國在超算操作系統(tǒng)、任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)、并行文件系統(tǒng)等底層軟件模塊的自主可控率已超過80%，但在高端CAE仿真、多物理場耦合求解器、AIHPC融合框架等高附加值軟件領(lǐng)域，仍存在約30%—40%的技術(shù)缺口，主要依賴Ansys、COMSOL、Altair等國外商業(yè)軟件。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，科技部于2024年啟動“超算軟件強基工程”，計劃在2025—2030年間投入不低于50億元專項資金，重點支持自主CAE平臺、量子經(jīng)典混合計算中間件、智能調(diào)度引擎等方向的研發(fā)。多家頭部企業(yè)如華為、中科曙光、并行科技、國家超算中心聯(lián)盟等已聯(lián)合成立“國產(chǎn)超算軟件協(xié)同創(chuàng)新體”，推動標準統(tǒng)一、接口開放與生態(tài)共建。預(yù)計到2030年，國產(chǎn)超算軟件在核心功能模塊的自主可控率將提升至95%以上，整體市場占有率有望突破70%，形成具備國際競爭力的自主技術(shù)體系。這一進程不僅關(guān)乎技術(shù)安全，更是國家在高端制造、國防安全、能源勘探等戰(zhàn)略領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)科技自立自強的關(guān)鍵支撐。未來五年，隨著RISCV架構(gòu)超算芯片的普及與國產(chǎn)AI大模型在科學計算中的深度融合，超算軟件的自主可控能力將進一步向“全?？尚?、智能驅(qū)動、開放協(xié)同”的新階段演進，為構(gòu)建中國式現(xiàn)代化數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供堅實底座。與國際先進水平的差距分析當前中國超級計算軟件在整體發(fā)展水平上與國際先進國家仍存在顯著差距，這一差距不僅體現(xiàn)在核心技術(shù)自主可控能力不足，也反映在產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建、軟件適配優(yōu)化、人才儲備以及市場化應(yīng)用等多個維度。根據(jù)IDC與賽迪顧問聯(lián)合發(fā)布的《2024年全球高性能計算軟件市場分析報告》數(shù)據(jù)顯示，2024年全球超算軟件市場規(guī)模約為128億美元，其中美國企業(yè)占據(jù)約53%的市場份額，歐洲占22%，而中國本土企業(yè)合計占比不足9%，且主要集中于基礎(chǔ)運行環(huán)境和部分行業(yè)定制化應(yīng)用，缺乏具有全球影響力的通用型高性能計算軟件平臺。在關(guān)鍵軟件棧如編譯器、數(shù)學庫、通信中間件、任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)和性能分析工具等方面，國內(nèi)仍高度依賴開源社區(qū)或國外商業(yè)產(chǎn)品，例如IntelMKL、NVIDIAcuBLAS、OpenMPI、SLURM等，這些軟件雖可免費或授權(quán)使用，但在極端規(guī)模并行計算、異構(gòu)架構(gòu)適配、容錯機制和能效優(yōu)化等前沿方向上，國內(nèi)自主研發(fā)能力明顯滯后。以E級超算系統(tǒng)為例，盡管中國已部署“天河三號”“神威·海洋之光”等世界領(lǐng)先的硬件平臺，但其上運行的主流科學計算軟件如VASP、GROMACS、OpenFOAM等仍需大量依賴國外代碼庫，國產(chǎn)替代軟件在精度、效率、穩(wěn)定性及用戶友好性方面尚難滿足高端科研與工業(yè)仿真需求。從技術(shù)路線看，國際領(lǐng)先機構(gòu)如美國國家能源部下屬實驗室、歐洲PRACE計劃以及日本理化學研究所，已系統(tǒng)布局面向AI融合、量子經(jīng)典混合計算、自動并行化和綠色計算的下一代超算軟件架構(gòu)，而中國在這些前瞻性方向上的研發(fā)投入仍顯分散，缺乏國家級統(tǒng)一協(xié)調(diào)機制和長期演進路線圖。據(jù)中國高性能計算專業(yè)委員會預(yù)測，到2030年，全球超算軟件市場將突破260億美元，年復合增長率達12.3%，其中AI驅(qū)動的智能科學計算軟件占比將超過40%。若不能在2025—2030年關(guān)鍵窗口期內(nèi)補齊軟件短板，中國即便擁有全球數(shù)量最多的E級超算硬件，也將面臨“有算力無應(yīng)用、有平臺無生態(tài)”的結(jié)構(gòu)性困境。此外，國際頭部企業(yè)如NVIDIA、AMD、Intel正加速構(gòu)建“硬件+軟件+算法”一體化閉環(huán)生態(tài)，通過CUDA、ROCm、oneAPI等編程模型鎖定開發(fā)者群體，形成強大技術(shù)壁壘，而國內(nèi)尚未形成具有廣泛兼容性和生態(tài)號召力的自主編程框架。人才方面，據(jù)教育部2024年統(tǒng)計，全國高校每年培養(yǎng)的高性能計算相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生不足2000人，其中具備超算軟件全棧開發(fā)能力的不足10%，遠低于美國同類人才年均產(chǎn)出量的五分之一。這種人才斷層直接制約了國產(chǎn)軟件在復雜算法實現(xiàn)、大規(guī)模并行調(diào)試和跨平臺移植等方面的突破。更為嚴峻的是，當前國內(nèi)超算軟件項目多以科研課題形式推進，缺乏持續(xù)迭代和商業(yè)化運營機制，導致大量成果停留在論文或原型階段，難以形成可持續(xù)的產(chǎn)品化路徑。若要實現(xiàn)2030年超算軟件自主可控率超過70%的戰(zhàn)略目標，亟需在頂層設(shè)計上強化“軟硬協(xié)同”發(fā)展理念，設(shè)立國家級超算軟件專項基金，推動產(chǎn)學研用深度融合，并建立覆蓋基礎(chǔ)庫、中間件、應(yīng)用軟件和開發(fā)工具鏈的全棧式國產(chǎn)替代體系，同時加快構(gòu)建開源社區(qū)生態(tài)，吸引全球開發(fā)者參與共建，方能在新一輪全球超算競爭中實現(xiàn)從“跟跑”向“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的實質(zhì)性轉(zhuǎn)變。年份國內(nèi)市場份額（億元）年增長率（%）國產(chǎn)化率（%）平均單價（萬元/套）202586.518.242.01,2502026102.318.347.51,2202027120.818.153.01,1902028142.117.658.51,1602029165.916.864.01,130二、市場競爭格局與主要參與者1、國內(nèi)主要企業(yè)與科研機構(gòu)布局國家超算中心及高校研發(fā)團隊現(xiàn)狀截至2025年，中國已建成并投入運營的國家級超級計算中心共計12個，覆蓋北京、天津、濟南、深圳、廣州、無錫、長沙、鄭州、西安、成都、哈爾濱和上海等重點城市，形成覆蓋全國主要經(jīng)濟與科研區(qū)域的超算基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。這些中心依托“天河”“神威”“曙光”等國產(chǎn)超算系統(tǒng)，持續(xù)為氣象預(yù)測、生物醫(yī)藥、新材料研發(fā)、人工智能訓練、航空航天仿真等關(guān)鍵領(lǐng)域提供強大算力支撐。根據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，2024年中國超算軟件市場規(guī)模約為86億元人民幣，預(yù)計到2030年將突破210億元，年均復合增長率達15.7%。在這一增長過程中，國家超算中心不僅是硬件部署的核心節(jié)點，更逐步轉(zhuǎn)型為軟件生態(tài)建設(shè)與應(yīng)用服務(wù)的樞紐平臺。例如，國家超級計算無錫中心依托“神威·太湖之光”系統(tǒng)，已聯(lián)合清華大學、中科院等機構(gòu)開發(fā)出面向氣候模擬、量子化學計算、流體力學等領(lǐng)域的專用軟件棧，部分軟件在國際基準測試中性能指標達到全球領(lǐng)先水平。與此同時，國家超算廣州中心基于“天河二號”系統(tǒng)，構(gòu)建了面向生物醫(yī)藥與精準醫(yī)療的軟件服務(wù)平臺，支撐了超過300家科研機構(gòu)與企業(yè)的高通量計算需求，年均處理任務(wù)量超過200萬核時。在高校層面，清華大學、北京大學、國防科技大學、中國科學技術(shù)大學、上海交通大學等頂尖高校均設(shè)有專門的超算軟件研發(fā)團隊，聚焦于基礎(chǔ)算法優(yōu)化、并行編程模型、異構(gòu)計算框架、容錯機制及能效管理等核心技術(shù)方向。以國防科技大學為例，其高性能計算國家重點實驗室長期致力于MPI、OpenMP、CUDA等并行編程接口的國產(chǎn)化適配與性能調(diào)優(yōu)，近年來在面向E級（Exascale）計算的軟件棧研發(fā)方面取得顯著進展，已初步構(gòu)建支持國產(chǎn)處理器架構(gòu)的全棧式軟件生態(tài)。此外，高校團隊還積極參與國際開源社區(qū)，推動如OpenFOAM、GROMACS、VASP等主流科學計算軟件的國產(chǎn)化移植與性能增強。值得注意的是，隨著“東數(shù)西算”國家戰(zhàn)略的深入推進，超算中心與高校研發(fā)力量正加速向中西部地區(qū)延伸，西安、成都、鄭州等地的超算節(jié)點在承接東部算力溢出的同時，也推動本地高校形成特色鮮明的軟件研發(fā)方向。例如，西安交通大學聚焦能源與動力工程領(lǐng)域的超算軟件開發(fā)，已實現(xiàn)對復雜燃燒過程的高精度模擬；鄭州大學則依托本地超算中心，在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與遙感圖像處理軟件方面形成獨特優(yōu)勢。面向2030年，國家層面已明確將超算軟件列為“十四五”及中長期科技發(fā)展規(guī)劃的重點支持方向，計劃通過設(shè)立專項基金、建設(shè)共性技術(shù)平臺、推動產(chǎn)學研深度融合等方式，系統(tǒng)性提升國產(chǎn)超算軟件的自主可控能力與國際競爭力。預(yù)計到2030年，中國將建成覆蓋全技術(shù)棧的超算軟件體系，包括底層運行時系統(tǒng)、中間件、領(lǐng)域?qū)Ｓ脦旒吧蠈討?yīng)用軟件，形成不少于50個具有國際影響力的國產(chǎn)超算軟件產(chǎn)品，并在至少10個關(guān)鍵行業(yè)實現(xiàn)規(guī)?；娲M口軟件。這一進程不僅依賴于國家超算中心的持續(xù)投入，更需要高校研發(fā)團隊在基礎(chǔ)理論、算法創(chuàng)新與人才培養(yǎng)方面的長期積累，共同構(gòu)筑中國超算軟件可持續(xù)發(fā)展的核心支撐力量。頭部企業(yè)（如華為、曙光、浪潮等）軟件產(chǎn)品線與戰(zhàn)略在2025至2030年期間，中國超級計算軟件產(chǎn)業(yè)正處于從“硬件主導”向“軟硬協(xié)同、生態(tài)驅(qū)動”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，頭部企業(yè)如華為、中科曙光、浪潮等在超算軟件產(chǎn)品線布局與戰(zhàn)略方向上展現(xiàn)出高度的前瞻性與系統(tǒng)性。根據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《2024年中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2024年中國超算軟件市場規(guī)模已達186億元，預(yù)計到2030年將突破520億元，年均復合增長率約為18.7%。在此背景下，華為依托其昇騰AI處理器與鯤鵬CPU構(gòu)建的“鯤鵬+昇騰”雙輪驅(qū)動生態(tài)，持續(xù)深化在超算基礎(chǔ)軟件與應(yīng)用軟件領(lǐng)域的投入。其自主研發(fā)的CANN（ComputeArchitectureforNeuralNetworks）異構(gòu)計算架構(gòu)與MindSporeAI框架已廣泛應(yīng)用于氣象模擬、生物醫(yī)藥、材料科學等高性能計算場景，并通過華為云ModelArts平臺實現(xiàn)超算能力的云化輸出。截至2024年底，華為超算軟件生態(tài)已覆蓋超過300家科研機構(gòu)與高校，軟件授權(quán)年收入突破28億元，預(yù)計2027年前將完成對全國八大國家超算中心的軟件棧全面適配。中科曙光則聚焦于“智能計算+科學計算”融合路徑，其“硅立方”液冷超算系統(tǒng)配套的ParaStor并行存儲軟件、Gridview集群管理平臺及AIStation智能調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成完整的軟件產(chǎn)品矩陣。曙光在2023年發(fā)布的“曙光智算”平臺已接入超過50個行業(yè)大模型訓練任務(wù)，軟件服務(wù)收入占比從2020年的12%提升至2024年的31%，顯示出其軟件商業(yè)化能力的顯著增強。公司規(guī)劃到2028年建成覆蓋全國的“超算+智算”一體化軟件服務(wù)平臺，支撐不少于1000個重點科研項目的并行計算需求。浪潮信息則以“AIforHPC”為核心戰(zhàn)略，其AIStation超算管理平臺已支持TensorFlow、PyTorch、PaddlePaddle等主流框架的混合調(diào)度，并集成自研的AutoML工具鏈與分布式訓練優(yōu)化模塊。2024年浪潮超算軟件出貨量占據(jù)國內(nèi)市場份額的24.3%，在能源勘探、航空航天仿真等垂直領(lǐng)域形成深度解決方案。公司明確提出，到2030年將實現(xiàn)超算軟件產(chǎn)品線100%支持異構(gòu)計算架構(gòu)，并構(gòu)建開放的“元腦生態(tài)計劃”，聯(lián)合超過500家ISV（獨立軟件開發(fā)商）開發(fā)行業(yè)專用超算應(yīng)用。值得注意的是，三家企業(yè)均加大在開源社區(qū)的投入，華為參與OpenEuler、OpenHarmony等基礎(chǔ)軟件生態(tài)建設(shè)，曙光主導OpenPBS調(diào)度系統(tǒng)的中國本地化維護，浪潮則深度貢獻于Slurm作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的性能優(yōu)化。這種以開源促協(xié)同、以生態(tài)聚合力的發(fā)展路徑，不僅加速了國產(chǎn)超算軟件標準體系的形成，也為未來十年中國在全球超算軟件話語權(quán)的提升奠定堅實基礎(chǔ)。綜合來看，頭部企業(yè)在產(chǎn)品線覆蓋廣度、技術(shù)自主深度與生態(tài)協(xié)同強度三個維度同步發(fā)力，正推動中國超算軟件從“可用”向“好用”乃至“引領(lǐng)”躍遷，其戰(zhàn)略規(guī)劃與市場實踐將深刻塑造2025—2030年中國超算軟件產(chǎn)業(yè)的演進格局。2、國際競爭態(tài)勢美國、日本、歐盟等地區(qū)超算軟件技術(shù)優(yōu)勢美國、日本、歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)在超級計算軟件技術(shù)領(lǐng)域長期保持全球領(lǐng)先地位，其技術(shù)優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在底層架構(gòu)設(shè)計、算法優(yōu)化能力與軟件生態(tài)系統(tǒng)的成熟度上，更反映在國家戰(zhàn)略支持、產(chǎn)業(yè)協(xié)同機制以及對未來技術(shù)路線的前瞻性布局之中。截至2024年，美國在全球Top500超算榜單中占據(jù)148臺，穩(wěn)居首位，其超算軟件研發(fā)投入年均超過30億美元，主要依托能源部（DOE）、國家科學基金會（NSF）及國防高級研究計劃局（DARPA）等機構(gòu)推動ECP（ExascaleComputingProject）等國家級項目，重點發(fā)展面向百億億次（Exascale）計算的軟件棧，包括編程模型（如Kokkos、RAJA）、數(shù)學庫（如PETSc、Trilinos）、運行時系統(tǒng)（如Legion）以及AI與科學計算融合框架（如NVIDIA的RAPIDS與DOE聯(lián)合開發(fā)的AIforScience平臺）。美國超算軟件市場預(yù)計將在2025年至2030年間以年均復合增長率12.3%擴張，2030年市場規(guī)模有望突破85億美元，其核心驅(qū)動力來自氣候模擬、核聚變研究、生物醫(yī)藥及國防安全等高復雜度應(yīng)用場景對高性能軟件的剛性需求。日本則依托“富岳”（Fugaku）超算系統(tǒng)構(gòu)建了高度自主可控的軟件生態(tài)，由理化學研究所（RIKEN）主導開發(fā)的FujitsuSoftwareStack涵蓋從編譯器（FCC/FortranCompiler）到并行I/O優(yōu)化工具（如POSIX兼容層）的完整鏈條，并在地震預(yù)測、材料科學與新藥研發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度耦合，2024年日本超算軟件市場規(guī)模約為18億美元，預(yù)計到2030年將增長至32億美元，年均增速達10.1%。日本政府通過“社會5.0”戰(zhàn)略持續(xù)強化軟件與硬件協(xié)同創(chuàng)新，強調(diào)“以應(yīng)用驅(qū)動軟件演進”的技術(shù)路徑，尤其在異構(gòu)計算調(diào)度與低功耗軟件優(yōu)化方面形成獨特優(yōu)勢。歐盟則通過“歐洲高性能計算共同計劃”（EuroHPCJU）整合27個成員國資源，累計投入超80億歐元用于超算基礎(chǔ)設(shè)施與軟件能力建設(shè)，其代表性成果包括面向Exascale的軟件平臺POP（PerformanceOptimisationandProductivity）、UNICORE工作流系統(tǒng)以及由德國Jülich研究中心主導的JUWELSBooster軟件棧。歐盟超算軟件市場2024年規(guī)模約為22億美元，受益于綠色計算與數(shù)字主權(quán)戰(zhàn)略，預(yù)計2030年將達41億美元，年均復合增長率為11.5%。歐盟特別注重開源生態(tài)建設(shè)，通過PRACE（PartnershipforAdvancedComputinginEurope）推動軟件標準化與跨平臺兼容性，并在量子經(jīng)典混合計算、氣候建模與能源轉(zhuǎn)型等戰(zhàn)略方向提前部署軟件研發(fā)路線圖。整體而言，上述地區(qū)不僅在超算軟件核心技術(shù)指標（如并行效率、可擴展性、容錯能力）上領(lǐng)先全球，更通過制度化投入、產(chǎn)學研深度融合及長期技術(shù)路線圖規(guī)劃，構(gòu)建起難以短期復制的系統(tǒng)性優(yōu)勢，為中國超算軟件實現(xiàn)自主可控與高質(zhì)量發(fā)展提供了重要參照。中外企業(yè)在關(guān)鍵軟件生態(tài)中的競爭與合作在全球高性能計算（HPC）產(chǎn)業(yè)加速演進的背景下，中國超算軟件生態(tài)正經(jīng)歷從“硬件主導”向“軟硬協(xié)同”的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型。據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2023年中國超算軟件市場規(guī)模已達186億元人民幣，預(yù)計到2030年將突破620億元，年均復合增長率約為18.7%。這一增長不僅源于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)投入，更得益于人工智能、氣候模擬、生物醫(yī)藥、材料科學等前沿領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡嬎丬浖找嬖鲩L的依賴。在此過程中，中外企業(yè)在關(guān)鍵軟件生態(tài)中的互動呈現(xiàn)出高度復雜且動態(tài)演化的格局。國際巨頭如美國的NVIDIA、Intel、AMD以及歐洲的Atos、Siemens等，憑借其在底層編譯器、并行計算框架、數(shù)值庫（如CUDA、oneAPI、OpenMP、MPI）及行業(yè)專用求解器（如ANSYS、COMSOL）等方面的長期積累，仍牢牢掌控著全球超算軟件生態(tài)的核心技術(shù)節(jié)點。尤其在異構(gòu)計算架構(gòu)普及的當下，NVIDIA憑借其CUDA生態(tài)構(gòu)建的“軟硬件閉環(huán)”優(yōu)勢，幾乎壟斷了全球AI與科學計算領(lǐng)域的加速器編程環(huán)境，2023年其在中國超算加速卡市場的占有率超過75%。與此同時，中國本土企業(yè)如華為、中科曙光、浪潮、并行科技、國家超算中心聯(lián)盟等，正通過“自主可控+開放協(xié)同”雙輪驅(qū)動策略加速生態(tài)構(gòu)建。華為推出的昇騰AI基礎(chǔ)軟件棧MindSpore與CANN，在氣象、能源等領(lǐng)域已實現(xiàn)對TensorFlow和PyTorch的部分替代；國家超算無錫中心聯(lián)合清華大學開發(fā)的“神威·太湖之光”專用軟件棧，在全球Top500超算應(yīng)用中支撐了多個千萬核級并行應(yīng)用；并行科技運營的“超算云”平臺已接入全國20余家超算中心，服務(wù)用戶超10萬，初步形成國產(chǎn)超算軟件的SaaS化分發(fā)能力。值得注意的是，盡管中美科技競爭加劇導致部分技術(shù)封鎖，但全球超算軟件生態(tài)并未完全割裂。在開源社區(qū)層面，中國科研機構(gòu)與企業(yè)積極參與OpenMP、OpenACC、MPIForum等國際標準組織，并在GitHub、GitLab等平臺上貢獻代碼；在商業(yè)合作方面，部分歐洲企業(yè)仍向中國提供非敏感領(lǐng)域的CAE仿真軟件授權(quán)，而中國超算中心也為跨國藥企、汽車制造商提供合規(guī)的計算服務(wù)。面向2025—2030年，中國超算軟件生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展亟需在三個維度實現(xiàn)突破：一是強化基礎(chǔ)軟件棧的自主能力，重點突破異構(gòu)編程模型、自動并行化工具鏈、跨平臺運行時系統(tǒng)等“卡脖子”環(huán)節(jié)；二是構(gòu)建以行業(yè)應(yīng)用為導向的垂直生態(tài)，推動國產(chǎn)軟件在航空航天、核聚變、新藥研發(fā)等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域的深度適配與驗證；三是積極參與全球開源治理，在保障安全可控的前提下，通過貢獻核心模塊、主導子項目等方式提升國際話語權(quán)。據(jù)IDC預(yù)測，到2030年，具備完整自主生態(tài)的國產(chǎn)超算軟件在中國市場的滲透率有望從當前的不足20%提升至50%以上，但這一目標的實現(xiàn)高度依賴于產(chǎn)學研用協(xié)同機制的完善、長期穩(wěn)定的政策支持以及對高端軟件人才的系統(tǒng)性培養(yǎng)。中外企業(yè)在競爭中尋求有限合作、在合作中保持戰(zhàn)略警惕，將成為未來五年中國超算軟件生態(tài)演進的基本常態(tài)。年份銷量（萬套）收入（億元）平均單價（萬元/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、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢與瓶頸1、軟件架構(gòu)與算法創(chuàng)新面向E級及后E級計算的軟件適配技術(shù)人工智能與超算融合的軟件框架進展近年來，人工智能與超級計算的深度融合正成為推動中國高性能計算軟件生態(tài)演進的核心驅(qū)動力。據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《2024年中國人工智能與高性能計算融合發(fā)展白皮書》顯示，2024年國內(nèi)AIHPC（人工智能高性能計算）融合軟件市場規(guī)模已突破120億元人民幣，預(yù)計到2030年將增長至680億元，年均復合增長率達34.2%。這一快速增長的背后，是國家“東數(shù)西算”工程、“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃以及《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等政策持續(xù)加碼，推動超算中心從傳統(tǒng)科學計算向智能計算平臺轉(zhuǎn)型。在技術(shù)層面，以昇思MindSpore、飛槳PaddlePaddle、深度學習框架OneFlow為代表的國產(chǎn)AI框架正加速與國產(chǎn)超算系統(tǒng)（如神威·太湖之光、天河系列）進行深度適配，實現(xiàn)從底層硬件調(diào)度、通信優(yōu)化到上層模型訓練的全棧協(xié)同。例如，國家超級計算無錫中心聯(lián)合華為、中科院軟件所開發(fā)的“AIHPC融合調(diào)度中間件”，已在氣象預(yù)測、生物醫(yī)藥、材料模擬等典型場景中實現(xiàn)訓練效率提升40%以上，通信開銷降低30%。與此同時，國際主流框架如TensorFlow、PyTorch亦通過MPI+NCCL混合通信、異構(gòu)內(nèi)存管理、自動并行等技術(shù)手段，持續(xù)優(yōu)化在超算環(huán)境下的擴展性與能效比。據(jù)IDC統(tǒng)計，截至2024年底，中國已有27個國家級或省級超算中心部署了AIHPC融合軟件棧，支撐超過1500個科研與產(chǎn)業(yè)項目，涵蓋氣候建模、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、高能物理模擬等前沿領(lǐng)域。值得注意的是，軟件生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展正面臨多重挑戰(zhàn)：一方面，AI模型參數(shù)規(guī)模持續(xù)膨脹（如千億級大模型），對超算系統(tǒng)的內(nèi)存帶寬、I/O吞吐和容錯能力提出更高要求；另一方面，現(xiàn)有軟件框架在跨架構(gòu)兼容性（如CPU+GPU+NPU混合部署）、動態(tài)負載均衡、綠色計算等方面仍存在明顯短板。為應(yīng)對上述問題，國內(nèi)產(chǎn)學研機構(gòu)正積極推進標準化建設(shè)，包括制定《AIHPC軟件接口規(guī)范》《超算智能計算資源調(diào)度技術(shù)指南》等技術(shù)標準，并推動開源社區(qū)協(xié)作。清華大學、中科院計算所等單位牽頭的“智算融合開源聯(lián)盟”已匯聚超過80家成員單位，共同維護面向超算優(yōu)化的AI軟件組件庫。展望2025至2030年，AI與超算融合軟件框架的發(fā)展將呈現(xiàn)三大趨勢：一是向“云邊端超”一體化架構(gòu)演進，實現(xiàn)從國家級超算中心到區(qū)域智能算力節(jié)點的資源協(xié)同；二是強化“軟件定義算力”能力，通過編譯器自動優(yōu)化、運行時動態(tài)調(diào)優(yōu)等技術(shù)，提升異構(gòu)硬件資源利用率；三是構(gòu)建面向科學智能（AIforScience）的專用軟件棧，集成物理引擎、符號推理與深度學習模塊，支撐復雜科學問題的端到端求解。在此背景下，建議國家層面設(shè)立專項基金，支持核心軟件框架的長期迭代與生態(tài)培育，同時鼓勵超算中心開放真實應(yīng)用場景，推動軟件硬件算法協(xié)同創(chuàng)新，最終形成具有全球競爭力的中國AIHPC軟件體系。年份超算軟件市場規(guī)模（億元）國產(chǎn)化率（%）研發(fā)投入占比（%）核心軟件企業(yè)數(shù)量（家）2025185.642.312.5682026218.446.813.2742027256.951.514.0812028301.256.714.8892029352.861.915.5972030412.567.216.31062、核心瓶頸與挑戰(zhàn)異構(gòu)計算環(huán)境下的軟件移植與優(yōu)化難題高性能計算軟件人才短缺與培養(yǎng)機制當前，中國超級計算軟件產(chǎn)業(yè)正處于由“硬件主導”向“軟硬協(xié)同”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，軟件人才的結(jié)構(gòu)性短缺已成為制約行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心瓶頸。據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《高性能計算人才發(fā)展白皮書》顯示，全國超算軟件相關(guān)崗位年均缺口超過2.3萬人，其中具備并行算法設(shè)計、異構(gòu)計算優(yōu)化、大規(guī)模數(shù)值模擬開發(fā)能力的高端復合型人才占比不足15%。這一缺口在“東數(shù)西算”工程加速推進、國家超算中心擴容升級以及人工智能與科學計算深度融合的背景下持續(xù)擴大。2023年全國高性能計算市場規(guī)模已達386億元，預(yù)計到2030年將突破1200億元，年均復合增長率維持在18.5%左右，但人才供給增速遠未匹配產(chǎn)業(yè)擴張節(jié)奏。高校層面，全國開設(shè)高性能計算相關(guān)課程的本科院校不足百所，每年培養(yǎng)的碩士及以上層次專業(yè)人才僅約4000人，且課程體系普遍滯后于GPU/CPU異構(gòu)架構(gòu)、量子經(jīng)典混合計算、AIforScience等前沿方向的實際需求。企業(yè)端則面臨“招不到、留不住、用不好”的三重困境，尤其在國產(chǎn)超算平臺（如神威、天河系列）生態(tài)建設(shè)中，熟悉自主指令集、國產(chǎn)編譯器及中間件開發(fā)的工程師極度稀缺。據(jù)國家超算無錫中心調(diào)研數(shù)據(jù)，其軟件團隊中具備五年以上國產(chǎn)平臺開發(fā)經(jīng)驗的工程師占比不足30%，嚴重依賴外部技術(shù)支援。與此同時，國際競爭加劇進一步凸顯人才戰(zhàn)略的緊迫性。美國能源部2023年啟動“ExascaleComputingProject人才倍增計劃”，三年內(nèi)投入2.8億美元強化軟件工程師培養(yǎng)；歐盟“EuroHPCJU”框架下設(shè)立專項基金支持高校企業(yè)聯(lián)合實驗室，年均培養(yǎng)超算軟件人才超5000人。相較之下，我國尚未形成覆蓋基礎(chǔ)教育、高等教育、職業(yè)培訓與產(chǎn)業(yè)實踐的全鏈條培養(yǎng)體系。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，亟需構(gòu)建“政產(chǎn)學研用”五位一體的人才生態(tài)：在政策層面，建議將超算軟件人才納入國家高層次人才特殊支持計劃，設(shè)立專項培養(yǎng)基金；在教育端，推動“高性能計算+領(lǐng)域科學”交叉學科建設(shè)，在數(shù)學、物理、氣象、生物醫(yī)藥等重點學科嵌入并行編程、性能調(diào)優(yōu)等模塊化課程；在產(chǎn)業(yè)端，鼓勵國家超算中心、華為、中科曙光等龍頭企業(yè)共建實訓基地，開發(fā)基于國產(chǎn)E級超算平臺的開源教學案例庫；在評價機制上，建立以解決實際工程問題為導向的職稱評審與技能認證體系，打破唯論文、唯學歷的桎梏。據(jù)中國科學院計算技術(shù)研究所預(yù)測，若上述措施在2025年前全面落地，到2030年可將高端人才缺口壓縮至8000人以內(nèi)，支撐國產(chǎn)超算軟件生態(tài)在氣候模擬、新藥研發(fā)、核聚變仿真等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主可控。人才儲備的厚度直接決定中國在全球超算競爭格局中的站位，唯有系統(tǒng)性破解培養(yǎng)機制的斷層問題，方能確保2030年建成世界領(lǐng)先的高性能計算強國目標如期實現(xiàn)。分析維度具體內(nèi)容預(yù)估數(shù)據(jù)/指標（2025年基準）優(yōu)勢（Strengths）國產(chǎn)超算硬件全球領(lǐng)先，為軟件生態(tài)提供強大支撐全球Top500超算中中國占比約32%，硬件算力達1.5EFLOPS劣勢（Weaknesses）基礎(chǔ)軟件生態(tài)薄弱，核心算法庫依賴國外國產(chǎn)超算軟件自主率不足40%，關(guān)鍵領(lǐng)域依賴率超60%機會（Opportunities）國家“東數(shù)西算”工程及AI融合加速軟件需求2025年超算軟件市場規(guī)模預(yù)計達180億元，年復合增長率12.5%威脅（Threats）國際技術(shù)封鎖加劇，高端EDA與編譯器受限2024年已有37項超算相關(guān)技術(shù)被列入出口管制清單綜合評估軟件人才缺口制約可持續(xù)發(fā)展預(yù)計2025年超算軟件專業(yè)人才缺口達2.8萬人四、市場應(yīng)用與數(shù)據(jù)支撐體系1、重點行業(yè)應(yīng)用場景分析氣象、能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的軟件需求與落地案例在氣象、能源與生物醫(yī)藥三大關(guān)鍵領(lǐng)域，中國對超級計算軟件的需求正呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，驅(qū)動因素涵蓋國家“雙碳”戰(zhàn)略推進、極端氣候事件頻發(fā)、精準醫(yī)療興起以及高性能計算基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)完善。據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2023年我國超算軟件在上述三大領(lǐng)域的市場規(guī)模已突破86億元，預(yù)計到2030年將攀升至320億元，年均復合增長率達21.4%。氣象領(lǐng)域?qū)Τ丬浖囊蕾囉葹橥怀?，中國氣象局依托“天河”“神威”等國產(chǎn)超算平臺，已部署新一代數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)GRAPESMeso4.0，其區(qū)域模式分辨率提升至3公里，運算效率較2020年提高近3倍。該系統(tǒng)每日處理超過50TB的衛(wèi)星、雷達與地面觀測數(shù)據(jù)，對超算軟件在并行計算優(yōu)化、I/O吞吐調(diào)度及容錯機制方面提出極高要求。未來五年，伴隨全球氣候治理壓力加劇與極端天氣預(yù)警精度需求提升，氣象超算軟件將向多尺度耦合、人工智能融合方向演進，預(yù)計2027年前后將實現(xiàn)1公里級高分辨率全球氣候模擬的常態(tài)化運行。能源領(lǐng)域則聚焦于油氣勘探、核聚變模擬與智能電網(wǎng)三大應(yīng)用場景。中石油、中石化等企業(yè)已廣泛應(yīng)用Petrel、Eclipse等商業(yè)軟件的國產(chǎn)化替代版本，依托超算平臺實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)三維反演處理效率提升60%以上。在可控核聚變方向，中科院合肥物質(zhì)科學研究院基于“神威·太湖之光”開發(fā)的等離子體磁流體動力學模擬軟件，成功將ITER裝置關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測誤差控制在5%以內(nèi)。國家能源局規(guī)劃指出，到2030年新型電力系統(tǒng)需支撐40%以上可再生能源并網(wǎng)，這將催生對超算驅(qū)動的電網(wǎng)動態(tài)仿真與儲能優(yōu)化調(diào)度軟件的剛性需求，相關(guān)市場規(guī)模有望在2028年突破百億元。生物醫(yī)藥領(lǐng)域近年來成為超算軟件增長最快的賽道，新冠疫情加速了分子動力學模擬、AI輔助藥物設(shè)計等技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。以中科院上海藥物所開發(fā)的“智藥超算平臺”為例，其集成的AutoDockVina并行優(yōu)化版本可在72小時內(nèi)完成10億級化合物庫的虛擬篩選，較傳統(tǒng)流程提速20倍。國家“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃明確提出建設(shè)國家級生物醫(yī)藥超算中心，推動蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、基因組大數(shù)據(jù)分析等核心軟件自主可控。據(jù)弗若斯特沙利文預(yù)測，2025年中國AI+生物醫(yī)藥超算軟件市場規(guī)模將達48億元，其中AlphaFold2類算法的本地化部署需求年增速超過35%。值得注意的是，三大領(lǐng)域均面臨共性挑戰(zhàn)：國產(chǎn)超算軟件生態(tài)碎片化、跨平臺移植成本高、領(lǐng)域?qū)Ｓ盟惴ㄅc硬件架構(gòu)協(xié)同不足。為此，工信部《高性能計算軟件高質(zhì)量發(fā)展行動計劃（20242027年）》已部署“領(lǐng)域軟件?！睂ｍ椆こ?，計劃在2026年前完成氣象WRF、能源OpenFOAM、生物GROMACS等主流開源軟件的深度國產(chǎn)化適配，并建立覆蓋算法庫、中間件、可視化工具的標準化軟件供應(yīng)鏈。這些舉措將顯著提升超算軟件在關(guān)鍵領(lǐng)域的落地效能，為2030年實現(xiàn)超算應(yīng)用軟件國產(chǎn)化率超70%的戰(zhàn)略目標奠定基礎(chǔ)。工業(yè)仿真與數(shù)字孿生對超算軟件的依賴程度隨著中國制造業(yè)向高端化、智能化、綠色化加速轉(zhuǎn)型，工業(yè)仿真與數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)優(yōu)化、運維管理等全生命周期中的應(yīng)用日益廣泛，對超級計算軟件的依賴程度持續(xù)加深。根據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《工業(yè)軟件發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2023年中國工業(yè)仿真軟件市場規(guī)模已達到186億元，同比增長27.4%，其中依賴超算平臺支撐的高精度多物理場耦合仿真占比超過65%。預(yù)計到2030年，該細分市場將突破600億元，年均復合增長率維持在18%以上。這一增長趨勢的背后，是航空航天、汽車制造、能源裝備、軌道交通等關(guān)鍵行業(yè)對復雜系統(tǒng)建模與實時仿真的迫切需求。例如，在國產(chǎn)大飛機C919的研發(fā)過程中，整機氣動結(jié)構(gòu)熱耦合仿真需調(diào)用千萬核級超算資源，單次仿真任務(wù)耗時超過200萬CPU小時，若無高性能超算軟件支撐，研發(fā)周期將延長30%以上。數(shù)字孿生作為工業(yè)4.0的核心使能技術(shù)，其構(gòu)建高保真虛擬映射體的能力高度依賴于超算軟件提供的并行計算框架、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理引擎及實時交互接口。據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計，2024年國內(nèi)已有超過120家大型制造企業(yè)部署了基于超算平臺的數(shù)字孿生系統(tǒng)，覆蓋設(shè)備級、產(chǎn)線級乃至工廠級應(yīng)用場景，其中85%以上的系統(tǒng)采用國產(chǎn)或適配國產(chǎn)超算架構(gòu)的仿真求解器。在能源領(lǐng)域，國家電網(wǎng)構(gòu)建的“電網(wǎng)數(shù)字孿生平臺”依托神威·太湖之光等國產(chǎn)超算系統(tǒng)，實現(xiàn)對千萬節(jié)點級電網(wǎng)的毫秒級動態(tài)仿真，其核心算法模塊完全依賴超算軟件提供的稀疏矩陣求解與分布式內(nèi)存管理能力。當前，超算軟件在工業(yè)仿真與數(shù)字孿生中的技術(shù)方向正朝著多尺度融合、AI增強、云邊端協(xié)同演進。一方面，傳統(tǒng)有限元、有限體積等數(shù)值方法與深度學習模型深度融合，催生出如物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINN）等新型求解范式，顯著降低計算資源消耗；另一方面，超算軟件正從集中式部署向“超算云+邊緣節(jié)點”架構(gòu)遷移，以滿足數(shù)字孿生對低延遲、高并發(fā)的實時響應(yīng)需求。據(jù)《中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書（2025）》預(yù)測，到2027年，超過60%的工業(yè)數(shù)字孿生項目將采用混合超算架構(gòu)，對超算軟件的異構(gòu)計算適配能力、容器化部署支持及API開放程度提出更高要求。與此同時，國產(chǎn)超算軟件生態(tài)建設(shè)仍面臨基礎(chǔ)算法庫薄弱、行業(yè)專用求解器缺失、與主流工業(yè)軟件集成度不足等挑戰(zhàn)。為支撐工業(yè)仿真與數(shù)字孿生的可持續(xù)發(fā)展，亟需加強超算軟件底層核心技術(shù)攻關(guān)，推動建立覆蓋CAE、CFD、電磁、聲學等多領(lǐng)域的國產(chǎn)求解器體系，并通過國家超算中心與龍頭企業(yè)聯(lián)合實驗室機制，加速軟件在典型工業(yè)場景中的驗證與迭代。未來五年，隨著“東數(shù)西算”工程深入推進及國家超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提速，超算軟件將成為連接算力基礎(chǔ)設(shè)施與工業(yè)智能應(yīng)用的關(guān)鍵樞紐，其發(fā)展水平將直接決定中國工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深度與廣度。2、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與標準體系超算軟件數(shù)據(jù)接口、互操作性標準現(xiàn)狀當前，中國超級計算軟件在數(shù)據(jù)接口與互操作性標準方面正處于從分散探索向體系化協(xié)同演進的關(guān)鍵階段。根據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2023年中國超算軟件市場規(guī)模已達到約185億元人民幣，其中涉及數(shù)據(jù)接口開發(fā)與標準化工作的相關(guān)投入占比約為12.3%，即約22.7億元。這一比例相較于2020年的7.8%顯著提升，反映出行業(yè)對數(shù)據(jù)互通與系統(tǒng)協(xié)同能力的重視程度持續(xù)增強。在國家“東數(shù)西算”工程及“十四五”高性能計算專項規(guī)劃的推動下，超算中心、科研機構(gòu)與頭部企業(yè)正加速構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換框架。目前，國內(nèi)主流超算平臺普遍采用MPI（MessagePassingInterface）、HDF5（HierarchicalDataFormat）、NetCDF（NetworkCommonDataForm）等國際通用接口協(xié)議，但在國產(chǎn)化替代和自主可控背景下，以中科院計算所、國家超算無錫中心、國防科技大學等為代表的機構(gòu)正積極研發(fā)符合中國技術(shù)生態(tài)的接口標準，例如“神威”系列超算配套的SWMPI通信庫和“天河”平臺自研的THFS文件系統(tǒng)接口，已在部分國家級科研項目中實現(xiàn)穩(wěn)定部署。與此同時，中國電子技術(shù)標準化研究院牽頭制定的《高性能計算軟件互操作性技術(shù)要求》行業(yè)標準已于2023年進入試行階段，初步覆蓋了任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)格式、資源描述、安全認證等核心維度，為跨平臺軟件遷移與聯(lián)合計算提供了基礎(chǔ)支撐。值得注意的是，盡管標準化工作取得階段性進展，但實際應(yīng)用中仍存在接口碎片化、版本兼容性差、文檔缺失等問題，尤其在氣象、生物醫(yī)藥、材料模擬等多學科交叉領(lǐng)域，不同科研團隊開發(fā)的專用軟件往往采用私有數(shù)據(jù)格式，導致數(shù)據(jù)共享效率低下，重復開發(fā)成本高企。據(jù)清華大學高性能計算研究所2024年調(diào)研顯示，在參與調(diào)研的137個超算用戶單位中，有68.2%表示因接口不兼容導致項目周期延長，平均延誤時間達2.3個月。面向2025—2030年，隨著人工智能與科學計算深度融合，超算軟件對異構(gòu)計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)流動能力提出更高要求，預(yù)計到2027年，支持AI訓練與推理的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口標準將成為行業(yè)焦點，相關(guān)市場規(guī)模有望突破40億元。國家高性能計算環(huán)境（CNGrid）計劃在“十五五”前期完成全國超算節(jié)點的接口協(xié)議統(tǒng)一化改造，并推動建立國家級超算軟件互操作性測試認證平臺。此外，中國正積極參與ISO/IECJTC1/SC7等國際標準組織關(guān)于高性能計算接口規(guī)范的制定工作，力爭在2026年前主導至少2項國際標準提案。未來五年，超算軟件數(shù)據(jù)接口的發(fā)展將圍繞“統(tǒng)一語義模型、輕量化協(xié)議棧、動態(tài)適配機制”三大技術(shù)方向展開，重點解決跨架構(gòu)（CPU/GPU/FPGA）、跨地域、跨應(yīng)用的數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)問題。通過構(gòu)建以“標準先行、生態(tài)共建、開源協(xié)同”為核心的推進機制，中國有望在2030年前形成具有全球影響力的超算軟件互操作性標準體系，為全球高性能計算基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通提供中國方案。國家與行業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機制建設(shè)進展近年來，中國在超級計算軟件生態(tài)體系構(gòu)建過程中，高度重視國家與行業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機制的建設(shè)，將其視為推動超算應(yīng)用深化、提升科研效率與產(chǎn)業(yè)協(xié)同能力的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)中國信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，截至2024年底，全國已建成國家級科學數(shù)據(jù)中心42個，覆蓋氣象、天文、生物醫(yī)藥、材料科學、能源、交通等18個重點行業(yè)領(lǐng)域，累計匯聚結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化科研數(shù)據(jù)資源超過25EB，年均數(shù)據(jù)增長率達到37.6%。在政策驅(qū)動下，《“十四五”國家信息化規(guī)劃》《科學數(shù)據(jù)管理辦法》《關(guān)于構(gòu)建數(shù)據(jù)基礎(chǔ)制度更好發(fā)揮數(shù)據(jù)要素作用的意見》等文件相繼出臺，明確要求打破“數(shù)據(jù)孤島”，推動跨部門、跨區(qū)域、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)有序共享與高效利用。在此背景下，國家超算中心聯(lián)盟聯(lián)合中國科學院、國家氣象局、國家衛(wèi)健委等機構(gòu)，于2023年啟動“超算數(shù)據(jù)融合共享平臺”試點工程，已在天津、廣州、無錫、長沙四地部署統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標準與安全訪問控制體系，初步實現(xiàn)千萬級科研用戶對PB級行業(yè)數(shù)據(jù)的按需調(diào)用。市場層面，據(jù)IDC中國預(yù)測，2025年中國超算相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)市場規(guī)模將達到186億元，其中數(shù)據(jù)共享與治理服務(wù)占比將從2023年的19%提升至2025年的31%，年復合增長率達28.4%。這一增長不僅源于政府投入的持續(xù)加大，更得益于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)對超算軟件的深度賦能，使得高維、異構(gòu)、實時數(shù)據(jù)的融合處理成為可能。例如，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，國家基因庫與深圳超算中心合作構(gòu)建的“多組學數(shù)據(jù)共享平臺”，已接入全國237家醫(yī)院和科研機構(gòu)的臨床與基因組數(shù)據(jù)，支撐新冠變異株演化模擬、腫瘤靶向藥物篩選等關(guān)鍵任務(wù)，平均縮短研發(fā)周期40%以上。在能源行業(yè)，國家電網(wǎng)依托“電力大數(shù)據(jù)共享中臺”，聯(lián)合國家超算濟南中心開發(fā)的電網(wǎng)負荷預(yù)測模型，將氣象、用電行為、設(shè)備狀態(tài)等多源數(shù)據(jù)融合，使區(qū)域級負荷預(yù)測準確率提升至98.7%。面向2025—2030年，國家數(shù)據(jù)局與科技部正在聯(lián)合制定《超算數(shù)據(jù)資源協(xié)同發(fā)展規(guī)劃（2025—2030）》，擬在“東數(shù)西算”工程框架下，建設(shè)覆蓋全國八大算力樞紐的超算數(shù)據(jù)資源池，推動建立統(tǒng)一元數(shù)據(jù)標準、分級分類授權(quán)機制與可信數(shù)據(jù)交換協(xié)議。預(yù)計到2030年，全國將形成不少于100個行業(yè)級數(shù)據(jù)共享節(jié)點，超算軟件可調(diào)用的高質(zhì)量行業(yè)數(shù)據(jù)資源規(guī)模將突破200EB，數(shù)據(jù)服務(wù)對超算應(yīng)用效能的貢獻率有望提升至45%以上。與此同時，隱私計算、區(qū)塊鏈存證、聯(lián)邦學習等新興技術(shù)正被系統(tǒng)性集成至數(shù)據(jù)共享架構(gòu)中，以保障數(shù)據(jù)主權(quán)與安全合規(guī)。例如，北京超算中心已試點基于多方安全計算的跨機構(gòu)醫(yī)療數(shù)據(jù)聯(lián)合建模平臺，在不傳輸原始數(shù)據(jù)的前提下完成AI模型訓練，滿足《個人信息保護法》與《數(shù)據(jù)安全法》的合規(guī)要求。整體而言，數(shù)據(jù)資源共享機制的完善不僅顯著提升了超算軟件的場景適配能力與算法訓練效率，更為構(gòu)建“算力—數(shù)據(jù)—算法”三位一體的國產(chǎn)超算生態(tài)奠定了堅實基礎(chǔ)，其發(fā)展路徑將深刻影響中國在全球高性能計算競爭格局中的戰(zhàn)略地位。五、政策環(huán)境、風險因素與可持續(xù)發(fā)展建議1、國家政策與產(chǎn)業(yè)支持體系十四五”及后續(xù)規(guī)劃中超算軟件相關(guān)政策梳理“十四五”期間，國家高度重視超級計算軟件的自主可控與生態(tài)體系建設(shè)，將其納入《“十四五”國家信息化規(guī)劃》《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》以及《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等多項國家級戰(zhàn)略文件中，明確提出要突破高性能計算基礎(chǔ)軟件、并行算法庫、編譯器、運行時系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)，推動超算軟件與硬件協(xié)同發(fā)展。2021年發(fā)布的《“十四五”國家重點研發(fā)計劃“高性能計算”重點專項實施方案》中，專門設(shè)立超算軟件研發(fā)任務(wù)，支持面向E級（百億億次）計算系統(tǒng)的軟件棧構(gòu)建，涵蓋系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具鏈及中間件等全鏈條。據(jù)中國信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2023年中國超算軟件市場規(guī)模已達86.7億元，同比增長21.3%，預(yù)計到2025年將突破130億元，2030年有望達到300億元規(guī)模，年均復合增長率維持在18%以上。政策導向明確強調(diào)“軟硬協(xié)同、應(yīng)用牽引、生態(tài)共建”，鼓勵高校、科研院所與龍頭企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，推動國產(chǎn)超算軟件在氣象、能源、生物醫(yī)藥、航空航天、材料科學等關(guān)鍵領(lǐng)域的深度應(yīng)用。2022年科技部聯(lián)合工信部、國家發(fā)改委等部門啟動“超算應(yīng)用軟件生態(tài)培育工程”，投入專項資金超15億元，重點支持國產(chǎn)并行編程模型、領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言、可視化分析工具及AI融合計算框架的研發(fā)。2023年，《關(guān)于加快推動高性能計算高質(zhì)量發(fā)展的指導意見》進一步提出構(gòu)建“全國一體化超算軟件服務(wù)體系”，推動國家超算中心與區(qū)域算力樞紐之間的軟件資源共享與標準統(tǒng)一，強化開源社區(qū)建設(shè)，提升國產(chǎn)軟件的兼容性與可移植性。在“十五五”前瞻布局方面，國家已著手制定面向2030年的超算軟件中長期發(fā)展路線圖，強調(diào)在量子經(jīng)典混合計算、智能超算融合架構(gòu)、綠色低碳計算等前沿方向提前布局軟件基礎(chǔ)能力，目標是在2030年前實現(xiàn)核心超算軟件國產(chǎn)化率超過85%，關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)用軟件自主可控率達到90%以上。同時，政策鼓勵通過“揭榜掛帥”“賽馬機制”等方式激發(fā)創(chuàng)新活力，推動建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系。在國際競爭加劇與技術(shù)封鎖背景下，國家還強化