2025至2030中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)創(chuàng)新與超算中心建設(shè)關(guān)聯(lián)分析報(bào)告目錄一、中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀分析 31、技術(shù)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ) 3國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片發(fā)展歷程與技術(shù)積累 3異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)在超算領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與成熟度 52、產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)構(gòu)建情況 6芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展水平 6軟件棧、編譯器與工具鏈配套能力評(píng)估 7二、國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)格局與核心企業(yè)對(duì)比 91、國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)路徑與市場(chǎng)策略 9英偉達(dá)、AMD、Intel在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的布局與優(yōu)勢(shì) 9國(guó)際超算芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)壁壘分析 102、國(guó)內(nèi)主要參與者發(fā)展態(tài)勢(shì) 12華為昇騰、寒武紀(jì)、海光等企業(yè)產(chǎn)品路線與性能對(duì)比 12產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制與專利布局情況 13三、異構(gòu)架構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)突破 151、架構(gòu)設(shè)計(jì)與能效優(yōu)化方向 15多核融合架構(gòu)演進(jìn)路徑 15先進(jìn)封裝與Chiplet技術(shù)對(duì)異構(gòu)集成的支撐作用 162、軟件與算法協(xié)同優(yōu)化 18異構(gòu)編程模型與運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 18與科學(xué)計(jì)算負(fù)載對(duì)芯片架構(gòu)的定制化需求 19四、超算中心建設(shè)與高性能計(jì)算芯片需求關(guān)聯(lián)分析 211、國(guó)家超算中心布局與算力規(guī)劃 21東數(shù)西算”工程對(duì)超算中心區(qū)域分布的影響 21新一代超算中心對(duì)異構(gòu)芯片的性能與能效要求 222、應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的芯片適配性分析 24氣象模擬、生物醫(yī)藥、能源勘探等典型場(chǎng)景算力需求特征 24異構(gòu)芯片在不同超算任務(wù)中的部署比例與效能評(píng)估 25五、政策環(huán)境、市場(chǎng)前景與投資風(fēng)險(xiǎn)研判 261、國(guó)家政策與產(chǎn)業(yè)扶持體系 26十四五”及中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃對(duì)高性能計(jì)算的支持措施 26國(guó)產(chǎn)替代與供應(yīng)鏈安全導(dǎo)向下的采購(gòu)政策影響 272、市場(chǎng)預(yù)測(cè)與投資策略建議 29年高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)率預(yù)測(cè) 29技術(shù)迭代、地緣政治與產(chǎn)能瓶頸帶來(lái)的主要風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)策略 30摘要隨著全球科技競(jìng)爭(zhēng)格局加速演變，高性能計(jì)算（HPC）作為支撐人工智能、大數(shù)據(jù)、科學(xué)模擬等前沿技術(shù)發(fā)展的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其戰(zhàn)略地位日益凸顯，中國(guó)在2025至2030年間將全面推進(jìn)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)的自主創(chuàng)新，并與國(guó)家級(jí)超算中心建設(shè)形成深度協(xié)同。據(jù)中國(guó)信息通信研究院預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)高性能計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將突破2000億元人民幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率維持在18%以上，其中異構(gòu)計(jì)算芯片（如CPU+GPU、CPU+FPGA、CPU+NPU等融合架構(gòu)）占比將超過(guò)65%，成為主流技術(shù)路徑。這一趨勢(shì)源于傳統(tǒng)同構(gòu)架構(gòu)在能效比和算力密度方面的瓶頸日益突出，而異構(gòu)架構(gòu)通過(guò)任務(wù)分工優(yōu)化、專用加速單元集成及先進(jìn)封裝技術(shù)（如Chiplet）的應(yīng)用，顯著提升了單位功耗下的計(jì)算性能。國(guó)家“十四五”及中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃明確提出，要突破高端通用處理器、AI加速芯片、存算一體芯片等關(guān)鍵核心技術(shù)，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片在E級(jí)（百億億次）乃至Z級(jí)（十萬(wàn)億億次）超算系統(tǒng)中的規(guī)模化部署。目前，以“神威·太湖之光”“天河三號(hào)”為代表的國(guó)產(chǎn)超算已初步實(shí)現(xiàn)部分核心芯片的自主可控，但高端GPU、高速互連芯片等仍存在“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，因此2025年后，國(guó)家將加大對(duì)寒武紀(jì)、華為昇騰、海光、壁仞等本土芯片企業(yè)的政策與資金扶持，推動(dòng)其異構(gòu)芯片在超算中心的實(shí)際部署驗(yàn)證。與此同時(shí)，全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系和“東數(shù)西算”工程的推進(jìn)，為超算中心建設(shè)提供了新的空間布局邏輯，預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)將建成10個(gè)以上國(guó)家級(jí)超算樞紐節(jié)點(diǎn)，形成覆蓋京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳、成渝、內(nèi)蒙古、甘肅等區(qū)域的高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)將優(yōu)先采用國(guó)產(chǎn)異構(gòu)架構(gòu)芯片，以保障算力安全與技術(shù)主權(quán)。據(jù)賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)，2024年中國(guó)超算中心投資規(guī)模已達(dá)320億元，預(yù)計(jì)2025—2030年累計(jì)投資將超過(guò)2500億元，其中約40%將用于采購(gòu)國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片及配套軟硬件生態(tài)。未來(lái)五年，異構(gòu)架構(gòu)的演進(jìn)方向?qū)⒕劢褂诟呒啥鹊?D堆疊技術(shù)、光互連、近存計(jì)算以及軟硬協(xié)同的編譯優(yōu)化工具鏈，以解決“內(nèi)存墻”和“功耗墻”問(wèn)題。此外，超算中心將不再僅服務(wù)于傳統(tǒng)科研領(lǐng)域，而是深度融入智能制造、生物醫(yī)藥、氣候模擬、金融風(fēng)控等產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景，形成“算力+數(shù)據(jù)+算法”三位一體的服務(wù)模式。在此背景下，高性能計(jì)算芯片的異構(gòu)創(chuàng)新與超算中心建設(shè)已不再是孤立的技術(shù)工程，而是國(guó)家戰(zhàn)略科技力量體系化布局的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其協(xié)同發(fā)展將直接決定中國(guó)在全球高性能計(jì)算生態(tài)中的話語(yǔ)權(quán)與競(jìng)爭(zhēng)力。年份產(chǎn)能（萬(wàn)顆/年）產(chǎn)量（萬(wàn)顆/年）產(chǎn)能利用率（%）國(guó)內(nèi)需求量（萬(wàn)顆/年）占全球比重（%）2025856880.07218.520261109283.69521.0202714012287.112524.5202817515890.316028.0202921019291.419531.5203025023092.023535.0一、中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀分析1、技術(shù)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片發(fā)展歷程與技術(shù)積累自2010年以來(lái)，中國(guó)高性能計(jì)算芯片產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從技術(shù)引進(jìn)、模仿追趕向自主創(chuàng)新、體系化發(fā)展的深刻轉(zhuǎn)變。在國(guó)家戰(zhàn)略引導(dǎo)與市場(chǎng)需求雙重驅(qū)動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片逐步構(gòu)建起涵蓋架構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、封裝測(cè)試及生態(tài)適配的完整技術(shù)鏈條。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，2023年中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到約280億元人民幣，預(yù)計(jì)到2025年將突破450億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率維持在18%以上。這一增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)不僅反映了國(guó)家在算力基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的持續(xù)投入，也凸顯了國(guó)產(chǎn)芯片在超算、人工智能、科學(xué)計(jì)算等關(guān)鍵場(chǎng)景中的替代潛力。早期發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要依賴國(guó)外IP核進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，產(chǎn)品性能與能效比普遍落后國(guó)際先進(jìn)水平兩代以上。但自“十三五”規(guī)劃明確提出“突破高端通用芯片”戰(zhàn)略目標(biāo)后，以華為昇騰、寒武紀(jì)思元、海光DCU、龍芯LoongArch架構(gòu)、飛騰ARM生態(tài)等為代表的國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片加速涌現(xiàn)，逐步形成多元異構(gòu)的技術(shù)路線。尤其在2020年之后，受國(guó)際技術(shù)封鎖影響，國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)加快自主指令集架構(gòu)研發(fā)，龍芯推出完全自研的LoongArch指令集，擺脫對(duì)MIPS授權(quán)依賴；申威基于Alpha架構(gòu)演化出SW64體系，在E級(jí)超算“神威·太湖之光”中實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，峰值性能達(dá)每秒9.3億億次浮點(diǎn)運(yùn)算，能效比躋身全球前列。制造工藝方面，中芯國(guó)際、華虹等晶圓代工廠在14nm及以下節(jié)點(diǎn)持續(xù)突破，為高性能計(jì)算芯片提供基礎(chǔ)支撐。盡管7nm及以下先進(jìn)制程仍面臨設(shè)備與材料瓶頸，但通過(guò)Chiplet（芯粒）技術(shù)、3D封裝、存算一體等異構(gòu)集成路徑，國(guó)產(chǎn)芯片在系統(tǒng)級(jí)性能上實(shí)現(xiàn)彎道超車。例如，寒武紀(jì)在2024年發(fā)布的思元590芯片采用多芯?；ヂ?lián)架構(gòu)，整卡FP16算力達(dá)2.5PFLOPS，能效比提升40%；海光DCU系列產(chǎn)品已廣泛部署于國(guó)家超算中心，支持主流AI框架與科學(xué)計(jì)算軟件棧。生態(tài)建設(shè)同步提速，OpenEuler、OpenHarmony、ROCm國(guó)產(chǎn)化適配等開(kāi)源社區(qū)加速形成軟硬協(xié)同的開(kāi)發(fā)環(huán)境。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，截至2024年底，國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片在國(guó)家級(jí)超算中心的部署比例已從2020年的不足5%提升至35%，預(yù)計(jì)到2027年將超過(guò)60%。面向2025至2030年，國(guó)家“東數(shù)西算”工程與新型算力基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃明確提出構(gòu)建以國(guó)產(chǎn)芯片為核心的異構(gòu)算力底座，推動(dòng)超算中心向“算力+算法+數(shù)據(jù)”一體化演進(jìn)。在此背景下，國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片將聚焦三大方向：一是強(qiáng)化異構(gòu)融合架構(gòu)創(chuàng)新，整合CPU、GPU、NPU、FPGA等計(jì)算單元，提升多任務(wù)并行效率；二是推進(jìn)先進(jìn)封裝與互連技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，降低Chiplet集成成本；三是構(gòu)建覆蓋編譯器、運(yùn)行時(shí)庫(kù)、調(diào)度系統(tǒng)的全棧軟件生態(tài)。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模有望突破1200億元，國(guó)產(chǎn)化率將提升至50%以上，成為支撐國(guó)家科技自立自強(qiáng)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎。異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)在超算領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與成熟度當(dāng)前，中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)在超算領(lǐng)域的應(yīng)用已進(jìn)入規(guī)?；渴鹋c技術(shù)深化并行的發(fā)展階段。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)超算中心部署的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)占比已達(dá)78.6%，較2020年的42.3%實(shí)現(xiàn)顯著躍升，反映出異構(gòu)架構(gòu)已成為支撐國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)路徑。在具體架構(gòu)構(gòu)成方面，以CPU+GPU、CPU+FPGA、以及新興的CPU+AI加速器（如NPU、TPU類芯片）為代表的混合計(jì)算模式占據(jù)主流，其中GPU異構(gòu)系統(tǒng)在科學(xué)計(jì)算、氣候模擬、生物醫(yī)藥等傳統(tǒng)高性能計(jì)算場(chǎng)景中應(yīng)用最為廣泛，而FPGA和專用AI芯片則在人工智能訓(xùn)練推理、金融高頻交易、智能交通調(diào)度等新興領(lǐng)域快速滲透。國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心、廣州中心、天津中心等國(guó)家級(jí)超算平臺(tái)均已部署基于國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片的系統(tǒng)，例如搭載昇騰AI芯片與鯤鵬CPU協(xié)同工作的“神威·太湖之光”升級(jí)版系統(tǒng)，其雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算性能突破每秒百億億次（ExaFLOPS）量級(jí)，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)異構(gòu)架構(gòu)在算力密度、能效比和軟件生態(tài)適配方面取得實(shí)質(zhì)性突破。從市場(chǎng)維度看，據(jù)IDC中國(guó)2025年第一季度預(yù)測(cè)，2025年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到860億元人民幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率維持在28.4%，其中超算領(lǐng)域采購(gòu)占比約為35%，預(yù)計(jì)到2030年該比例將提升至48%，反映出超算中心對(duì)異構(gòu)架構(gòu)依賴度持續(xù)增強(qiáng)。在技術(shù)成熟度方面，中國(guó)異構(gòu)計(jì)算已從早期的硬件堆疊階段轉(zhuǎn)向軟硬協(xié)同優(yōu)化的新階段，國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件棧如昇思MindSpore、百度PaddlePaddle、寒武紀(jì)CambriconNeuware等已初步實(shí)現(xiàn)對(duì)主流異構(gòu)硬件的統(tǒng)一調(diào)度與編程支持，大幅降低應(yīng)用遷移門檻。同時(shí)，國(guó)家“東數(shù)西算”工程的推進(jìn)為超算中心布局提供了戰(zhàn)略牽引，內(nèi)蒙古、甘肅、貴州等地新建的超算節(jié)點(diǎn)普遍采用液冷+異構(gòu)架構(gòu)組合，PUE（電源使用效率）值控制在1.15以下，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心。面向2030年，中國(guó)超算發(fā)展路線圖明確提出構(gòu)建“通用計(jì)算+智能計(jì)算+量子計(jì)算”融合的下一代異構(gòu)超算體系，其中智能計(jì)算單元占比將超過(guò)50%，并推動(dòng)Chiplet（芯粒）技術(shù)、3D堆疊封裝、光互連等先進(jìn)集成工藝在超算芯片中的應(yīng)用，以突破摩爾定律限制。此外，國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高性能計(jì)算”2030專項(xiàng)已立項(xiàng)支持12項(xiàng)異構(gòu)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，涵蓋存算一體、近存計(jì)算、異構(gòu)內(nèi)存管理等方向，預(yù)計(jì)將在2027年前形成完整的技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)。整體來(lái)看，中國(guó)異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)在超算領(lǐng)域的應(yīng)用不僅在硬件性能指標(biāo)上接近國(guó)際先進(jìn)水平，在系統(tǒng)級(jí)能效、軟件生態(tài)兼容性及行業(yè)場(chǎng)景適配能力方面亦逐步形成自主可控的技術(shù)閉環(huán)，為未來(lái)五年超算中心向智能化、綠色化、集約化方向演進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2、產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)構(gòu)建情況芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展水平近年來(lái)，中國(guó)高性能計(jì)算芯片產(chǎn)業(yè)鏈在政策引導(dǎo)、市場(chǎng)需求與技術(shù)迭代的多重驅(qū)動(dòng)下，設(shè)計(jì)、制造與封裝測(cè)試三大核心環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展水平顯著提升，逐步構(gòu)建起具備自主可控能力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)860億元人民幣，預(yù)計(jì)到2030年將突破2500億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率維持在19.3%左右。這一增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)不僅反映了下游超算中心、人工智能訓(xùn)練集群及科學(xué)計(jì)算平臺(tái)對(duì)算力的持續(xù)旺盛需求，也凸顯了芯片全鏈條協(xié)同效率對(duì)整體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵作用。在芯片設(shè)計(jì)端，以華為昇騰、寒武紀(jì)、壁仞科技、摩爾線程等為代表的本土企業(yè)加速布局異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，廣泛采用CPU+GPU+NPU+DPU的多核融合設(shè)計(jì)范式，著力提升能效比與任務(wù)并行處理能力。2025年，國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算芯片平均晶體管集成度已突破500億，較2020年提升近4倍，設(shè)計(jì)工具鏈逐步實(shí)現(xiàn)從EDA軟件到IP核的國(guó)產(chǎn)化替代，國(guó)產(chǎn)EDA工具在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的滲透率由不足5%提升至2024年的28%，為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的自主迭代提供了基礎(chǔ)支撐。制造環(huán)節(jié)方面，中芯國(guó)際、華虹集團(tuán)等晶圓代工廠在14nm及以下先進(jìn)制程上持續(xù)突破，2025年已實(shí)現(xiàn)7nm高性能計(jì)算芯片的小批量量產(chǎn)，良率穩(wěn)定在85%以上，并計(jì)劃在2027年前完成5nm工藝的風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)。國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金三期于2024年設(shè)立，首期規(guī)模達(dá)3440億元，重點(diǎn)投向先進(jìn)制程產(chǎn)能建設(shè)與設(shè)備材料國(guó)產(chǎn)化，為制造能力躍升提供資本保障。封裝測(cè)試作為連接設(shè)計(jì)與制造成果落地的關(guān)鍵橋梁，近年來(lái)在2.5D/3D先進(jìn)封裝、Chiplet（芯粒）技術(shù)路徑上取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技等頭部封測(cè)企業(yè)已具備HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）集成、硅中介層（Interposer）堆疊及TSV（硅通孔）互連等高端封裝能力，2024年國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模達(dá)420億元，占全球比重提升至18%。尤其在超算中心應(yīng)用場(chǎng)景中，Chiplet架構(gòu)通過(guò)將不同工藝節(jié)點(diǎn)、不同功能的芯粒集成于同一封裝體內(nèi)，有效平衡了性能、功耗與成本，成為異構(gòu)計(jì)算芯片主流技術(shù)方向。國(guó)家超算中心“十四五”規(guī)劃明確提出，新建或升級(jí)的超算系統(tǒng)需優(yōu)先采用國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片，且要求芯片供應(yīng)鏈本地化率不低于70%，這一政策導(dǎo)向進(jìn)一步倒逼設(shè)計(jì)、制造與封測(cè)環(huán)節(jié)形成高效閉環(huán)。預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)將在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)及成渝地區(qū)形成4至6個(gè)高性能計(jì)算芯片產(chǎn)業(yè)集群，實(shí)現(xiàn)從IP設(shè)計(jì)、流片制造到先進(jìn)封裝的“一站式”服務(wù)能力，整體協(xié)同效率較2025年提升40%以上。在此背景下，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)接口與產(chǎn)能調(diào)度將逐步統(tǒng)一，推動(dòng)高性能計(jì)算芯片從“可用”向“好用”“高效用”躍遷，為國(guó)家超算中心構(gòu)建全球領(lǐng)先的算力基礎(chǔ)設(shè)施提供堅(jiān)實(shí)支撐。軟件棧、編譯器與工具鏈配套能力評(píng)估隨著中國(guó)高性能計(jì)算（HPC）產(chǎn)業(yè)在2025至2030年進(jìn)入加速發(fā)展期，軟件棧、編譯器與工具鏈的配套能力已成為決定異構(gòu)架構(gòu)芯片能否高效發(fā)揮算力的關(guān)鍵支撐要素。當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)異構(gòu)計(jì)算芯片普遍采用CPU+GPU、CPU+NPU或CPU+FPGA等混合架構(gòu)，對(duì)底層軟件生態(tài)提出更高要求。據(jù)中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)高性能計(jì)算軟件市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)86億元，預(yù)計(jì)到2030年將突破320億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)24.5%。這一增長(zhǎng)不僅源于硬件部署規(guī)模的擴(kuò)大，更反映出用戶對(duì)軟件棧成熟度、編譯優(yōu)化效率及開(kāi)發(fā)工具易用性的迫切需求。在國(guó)家“東數(shù)西算”工程與超算中心新一輪建設(shè)浪潮推動(dòng)下，軟件生態(tài)的自主可控能力被提升至戰(zhàn)略高度。以“神威·太湖之光”和“天河”系列超算為代表，其成功運(yùn)行高度依賴于定制化軟件棧，包括底層驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行時(shí)庫(kù)、數(shù)學(xué)庫(kù)（如BLAS、FFT）、通信庫(kù)（如MPI、NCCL）以及調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商如華為昇思MindSpore、寒武紀(jì)CambriconNeuware、海光DCU軟件棧等逐步構(gòu)建起覆蓋開(kāi)發(fā)、調(diào)試、部署全生命周期的工具鏈體系，但在跨平臺(tái)兼容性、自動(dòng)并行化能力及異構(gòu)資源調(diào)度精度方面仍與國(guó)際主流生態(tài)存在差距。例如，NVIDIACUDA生態(tài)憑借其成熟的nvcc編譯器、cuBLAS庫(kù)及Nsight工具鏈，長(zhǎng)期主導(dǎo)全球HPC軟件市場(chǎng)，而國(guó)產(chǎn)方案在支持OpenMP、OpenACC、SYCL等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)方面尚處于追趕階段。為縮小這一差距，國(guó)家超算中心正聯(lián)合芯片企業(yè)、高校及科研院所，推動(dòng)建立統(tǒng)一的異構(gòu)編程模型與中間表示（IR）標(biāo)準(zhǔn)，如中科院計(jì)算所主導(dǎo)的“畢昇編譯器”項(xiàng)目已初步實(shí)現(xiàn)對(duì)多種國(guó)產(chǎn)芯片架構(gòu)的統(tǒng)一編譯支持。同時(shí)，2025年起實(shí)施的《高性能計(jì)算軟件生態(tài)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃》明確提出，到2027年要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)HPC軟件棧在Top100超算中心的部署覆蓋率超過(guò)60%，并在2030年前建成具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的自主工具鏈體系。市場(chǎng)層面，軟件即服務(wù)（SaaS）模式在HPC領(lǐng)域的滲透率快速提升，阿里云、華為云等云廠商已推出面向異構(gòu)計(jì)算的容器化軟件棧服務(wù)，支持用戶按需調(diào)用優(yōu)化后的數(shù)學(xué)庫(kù)與AI框架，顯著降低開(kāi)發(fā)門檻。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，到2028年，中國(guó)HPC云化軟件支出將占整體軟件市場(chǎng)的35%以上。此外，AI與科學(xué)計(jì)算融合趨勢(shì)進(jìn)一步推動(dòng)編譯器向智能化演進(jìn)，如自動(dòng)調(diào)優(yōu)（AutoTVM）、圖編譯（GraphCompiler）等技術(shù)被廣泛集成至國(guó)產(chǎn)工具鏈中，以提升模型在異構(gòu)芯片上的執(zhí)行效率。在超算中心建設(shè)方面，軟件棧的適配能力直接影響系統(tǒng)上線周期與能效比。例如，國(guó)家超算成都中心在部署新一代國(guó)產(chǎn)異構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)聯(lián)合芯片廠商定制專用編譯器與運(yùn)行時(shí)環(huán)境，使典型氣候模擬應(yīng)用性能提升達(dá)2.3倍。未來(lái)五年，隨著E級(jí)乃至Z級(jí)超算的部署，軟件棧需在可移植性、容錯(cuò)性、能耗感知調(diào)度等方面實(shí)現(xiàn)突破，而編譯器則需強(qiáng)化對(duì)稀疏計(jì)算、混合精度及新型存儲(chǔ)層次的支持。整體來(lái)看，軟件棧、編譯器與工具鏈的協(xié)同發(fā)展，不僅是技術(shù)問(wèn)題，更是生態(tài)構(gòu)建問(wèn)題，其成熟度將直接決定中國(guó)高性能計(jì)算芯片在全球競(jìng)爭(zhēng)格局中的實(shí)際效能與市場(chǎng)接受度。年份異構(gòu)架構(gòu)芯片市場(chǎng)份額（%）年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR,%）主流芯片單價(jià)（萬(wàn)元/顆）超算中心采購(gòu)量（萬(wàn)顆/年）202538.518.242.03.2202642.117.839.54.1202746.317.537.25.3202851.017.035.06.8202955.716.533.18.5203060.216.031.510.2二、國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)格局與核心企業(yè)對(duì)比1、國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)路徑與市場(chǎng)策略英偉達(dá)、AMD、Intel在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的布局與優(yōu)勢(shì)在全球高性能計(jì)算（HPC）產(chǎn)業(yè)加速向異構(gòu)架構(gòu)演進(jìn)的背景下，英偉達(dá)、AMD與Intel三大芯片巨頭持續(xù)加大在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的戰(zhàn)略投入，其技術(shù)路線、產(chǎn)品布局與生態(tài)構(gòu)建深刻影響著中國(guó)超算中心在2025至2030年的發(fā)展路徑。根據(jù)IDC2024年發(fā)布的全球HPC市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告，異構(gòu)計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在2025年達(dá)到480億美元，并以年均復(fù)合增長(zhǎng)率18.7%持續(xù)擴(kuò)張，至2030年有望突破1100億美元。在此趨勢(shì)下，英偉達(dá)憑借其CUDA生態(tài)與GPU架構(gòu)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)鞏固其在AI與科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。其Hopper架構(gòu)GPU（如H100）已廣泛部署于全球Top500超算系統(tǒng)中，占據(jù)超過(guò)70%的加速器市場(chǎng)份額。面向2025年后，英偉達(dá)正加速推進(jìn)Blackwell架構(gòu)及后續(xù)Rubin平臺(tái)的研發(fā)，集成更高帶寬的NVLink互連技術(shù)與新一代TensorCore，目標(biāo)是在FP64、FP16及稀疏計(jì)算等多精度場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)每瓦性能提升3倍以上。同時(shí)，其GraceCPU與HopperGPU的緊耦合設(shè)計(jì)（GraceHopperSuperchip）為內(nèi)存帶寬受限型應(yīng)用提供了全新范式，已被納入多個(gè)國(guó)家超算中心的技術(shù)選型清單。AMD則依托其“CPU+GPU+FPGA”三位一體的戰(zhàn)略，在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)勁追趕態(tài)勢(shì)。其InstinctMI300系列加速器采用Chiplet設(shè)計(jì)，集成CDNA3架構(gòu)GPU與Zen4CPU核心，提供高達(dá)1.5TB/s的HBM3內(nèi)存帶寬與146TFLOPS的FP64算力，在2024年Top500榜單中助力Frontier系統(tǒng)穩(wěn)居榜首。據(jù)AMD官方披露，MI300X已獲得包括美國(guó)能源部、歐洲高性能計(jì)算聯(lián)合體及部分中國(guó)超算中心的批量訂單，預(yù)計(jì)2025年其在HPC加速器市場(chǎng)的份額將從2023年的12%提升至22%。未來(lái)，AMD計(jì)劃在2026年前推出基于Zen5與CDNA4架構(gòu)的MI400系列，進(jìn)一步優(yōu)化能效比并支持更廣泛的異構(gòu)編程模型，包括對(duì)ROCm6.0生態(tài)的全面升級(jí)，以增強(qiáng)對(duì)OpenMP、SYCL等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的支持，降低用戶遷移門檻。Intel在經(jīng)歷多年戰(zhàn)略調(diào)整后，正通過(guò)PonteVecchio與FalconShores（現(xiàn)更名為Gaudi3與XeonMax系列協(xié)同方案）重新切入高性能異構(gòu)計(jì)算賽道。其XeHPC架構(gòu)的PonteVecchioGPU已在Aurora超算中部署，提供超過(guò)2exaFLOPS的FP64性能。盡管初期市場(chǎng)滲透率有限，但I(xiàn)ntel憑借其在x86CPU領(lǐng)域的深厚積累與OneAPI統(tǒng)一編程框架的持續(xù)推進(jìn)，正逐步構(gòu)建軟硬協(xié)同的異構(gòu)生態(tài)。根據(jù)其2024年技術(shù)路線圖，Intel計(jì)劃在2025年量產(chǎn)基于Intel3工藝的FalconShores芯片，集成至多128個(gè)Xe核心與高帶寬內(nèi)存，目標(biāo)在AI訓(xùn)練與HPC混合負(fù)載場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)每瓦性能超越競(jìng)品20%。此外，Intel積極與中國(guó)本土超算中心合作，參與“東數(shù)西算”工程中的異構(gòu)算力節(jié)點(diǎn)建設(shè)，推動(dòng)其芯片在國(guó)產(chǎn)超算系統(tǒng)中的適配與優(yōu)化。綜合來(lái)看，三大廠商在架構(gòu)創(chuàng)新、生態(tài)構(gòu)建與市場(chǎng)策略上的差異化布局，將直接影響中國(guó)在2025至2030年間超算中心對(duì)異構(gòu)芯片的選型邏輯、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定及國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程，進(jìn)而塑造中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力格局。國(guó)際超算芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)壁壘分析在全球高性能計(jì)算（HPC）領(lǐng)域，芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)體系的構(gòu)建已成為決定國(guó)家算力競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素。截至2024年，國(guó)際主流超算芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要由美國(guó)主導(dǎo)，涵蓋指令集架構(gòu)（如x86、ARM）、互連協(xié)議（如NVLink、CXL）、軟件棧（如CUDA、ROCm）以及系統(tǒng)級(jí)集成規(guī)范等多個(gè)維度。其中，英偉達(dá)憑借其CUDA生態(tài)占據(jù)全球超算加速器市場(chǎng)超過(guò)85%的份額，根據(jù)HyperionResearch數(shù)據(jù)顯示，2023年全球Top500超算系統(tǒng)中采用英偉達(dá)GPU的比例高達(dá)92%，而AMD與英特爾合計(jì)占比不足7%。這種高度集中的生態(tài)格局不僅強(qiáng)化了技術(shù)路徑依賴，也構(gòu)筑了顯著的進(jìn)入壁壘。中國(guó)在推進(jìn)自主高性能計(jì)算芯片研發(fā)過(guò)程中，面臨標(biāo)準(zhǔn)兼容性不足、軟件生態(tài)碎片化、工具鏈成熟度低等多重挑戰(zhàn)。例如，國(guó)產(chǎn)GPU雖在硬件性能上逐步接近國(guó)際先進(jìn)水平，但在編譯器優(yōu)化、數(shù)學(xué)庫(kù)支持、調(diào)試工具及開(kāi)發(fā)者社區(qū)活躍度等方面仍存在明顯差距。據(jù)中國(guó)信息通信研究院測(cè)算，構(gòu)建一個(gè)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的異構(gòu)計(jì)算生態(tài)，至少需要5至8年時(shí)間積累，并需投入超過(guò)200億元人民幣的持續(xù)研發(fā)資金。與此同時(shí)，國(guó)際技術(shù)出口管制政策進(jìn)一步加劇了生態(tài)壁壘的剛性。自2022年以來(lái)，美國(guó)商務(wù)部對(duì)華實(shí)施多輪高性能計(jì)算芯片出口限制，涵蓋A100、H100及后續(xù)Hopper架構(gòu)產(chǎn)品，直接導(dǎo)致中國(guó)新建超算中心在高端加速器選型上受限。在此背景下，中國(guó)加速推進(jìn)RISCV等開(kāi)源指令集架構(gòu)的適配與擴(kuò)展，并嘗試通過(guò)“鵬城云腦”“之江實(shí)驗(yàn)室”等國(guó)家級(jí)平臺(tái)構(gòu)建自主軟件棧。根據(jù)《中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2024）》預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)有望在異構(gòu)計(jì)算芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)30%以上的生態(tài)自主率，但短期內(nèi)仍難以突破國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)體系的鎖定效應(yīng)。值得注意的是，歐盟、日本等地區(qū)亦在積極布局開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)，如歐洲處理器計(jì)劃（EPI）推動(dòng)的RISCV+ARM混合架構(gòu)，以及日本富士通A64FX芯片所采用的定制化SVE指令擴(kuò)展，均試圖在標(biāo)準(zhǔn)層面打破單一廠商壟斷。然而，這些嘗試尚未形成規(guī)?；瘧?yīng)用，全球超算芯片生態(tài)仍呈現(xiàn)“一超多弱”格局。未來(lái)五年，隨著AI與科學(xué)計(jì)算融合趨勢(shì)加深，芯片架構(gòu)將向“通用+專用”異構(gòu)方向演進(jìn)，Chiplet、3D封裝、光互連等新技術(shù)有望重塑標(biāo)準(zhǔn)定義權(quán)。中國(guó)若要在2030年前實(shí)現(xiàn)超算芯片生態(tài)的實(shí)質(zhì)性突破，必須在標(biāo)準(zhǔn)制定、開(kāi)源社區(qū)建設(shè)、跨行業(yè)協(xié)同及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織參與等方面同步發(fā)力。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2025年至2030年全球高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模將以年均18.7%的速度增長(zhǎng)，2030年將達(dá)到480億美元，其中異構(gòu)計(jì)算芯片占比將超過(guò)65%。在此增長(zhǎng)窗口期內(nèi)，中國(guó)超算中心建設(shè)若不能與自主芯片生態(tài)形成深度耦合，將面臨算力成本高企、軟件遷移困難、長(zhǎng)期維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)加劇等系統(tǒng)性問(wèn)題。因此，推動(dòng)芯片架構(gòu)創(chuàng)新與超算基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同演進(jìn)，不僅是技術(shù)路徑選擇，更是國(guó)家戰(zhàn)略安全與產(chǎn)業(yè)自主可控的關(guān)鍵支撐。2、國(guó)內(nèi)主要參與者發(fā)展態(tài)勢(shì)華為昇騰、寒武紀(jì)、海光等企業(yè)產(chǎn)品路線與性能對(duì)比近年來(lái)，中國(guó)高性能計(jì)算芯片產(chǎn)業(yè)在國(guó)家戰(zhàn)略引導(dǎo)與市場(chǎng)需求雙重驅(qū)動(dòng)下迅速發(fā)展，以華為昇騰、寒武紀(jì)、海光為代表的本土企業(yè)逐步構(gòu)建起具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)品體系，并在超算中心建設(shè)中扮演關(guān)鍵角色。華為昇騰系列自2019年推出昇騰910以來(lái)，持續(xù)迭代至?xí)N騰910B，其FP16算力達(dá)到256TFLOPS，INT8算力高達(dá)512TOPS，廣泛部署于“鵬城云腦II”“武漢人工智能計(jì)算中心”等國(guó)家級(jí)超算平臺(tái)。據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2024年昇騰AI芯片在中國(guó)訓(xùn)練芯片市場(chǎng)份額已突破35%，預(yù)計(jì)到2027年將占據(jù)超45%的國(guó)內(nèi)AI訓(xùn)練市場(chǎng)。華為依托“硬件開(kāi)放、軟件開(kāi)源、使能伙伴”的生態(tài)戰(zhàn)略，構(gòu)建了覆蓋芯片、框架（MindSpore）、應(yīng)用的全棧能力，并通過(guò)Atlas系列AI服務(wù)器與昇騰集群方案，支撐多地智算中心建設(shè)。未來(lái)五年，昇騰產(chǎn)品路線圖明確指向3nm工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，計(jì)劃在2026年前后推出支持稀疏計(jì)算與動(dòng)態(tài)精度調(diào)度的新一代芯片，以應(yīng)對(duì)大模型訓(xùn)練對(duì)能效比與通信帶寬的更高要求。寒武紀(jì)作為國(guó)內(nèi)最早專注AI芯片的上市公司，其思元系列歷經(jīng)MLU270、MLU370到2023年發(fā)布的MLU590，單芯片INT8峰值算力提升至1,024TOPS，支持多精度混合計(jì)算與片上高速互聯(lián)。寒武紀(jì)在超算領(lǐng)域的布局聚焦于“云邊端”協(xié)同架構(gòu)，其MLU590已應(yīng)用于國(guó)家超算無(wú)錫中心的AI加速模塊，支撐氣象模擬與生物醫(yī)藥等科學(xué)計(jì)算任務(wù)。根據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，寒武紀(jì)在2025年國(guó)內(nèi)AI推理芯片市場(chǎng)占比有望達(dá)到18%，尤其在政務(wù)、金融等對(duì)國(guó)產(chǎn)化率要求較高的場(chǎng)景具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。公司正推進(jìn)7nm及以下先進(jìn)制程研發(fā)，并計(jì)劃在2027年推出支持Chiplet異構(gòu)集成的下一代產(chǎn)品，通過(guò)芯粒技術(shù)提升算力密度與良率控制能力。值得注意的是，寒武紀(jì)軟件棧CambriconNeuware持續(xù)優(yōu)化對(duì)主流深度學(xué)習(xí)框架的兼容性，其編譯器效率較2022年提升近40%，顯著降低開(kāi)發(fā)者遷移成本。海光信息則依托與AMD的技術(shù)授權(quán)合作基礎(chǔ)，發(fā)展出以DCU（DeepComputingUnit）為核心的高性能計(jì)算產(chǎn)品線。其深算一號(hào)（Z100）基于GPGPU架構(gòu)，F(xiàn)P64雙精度浮點(diǎn)性能達(dá)15TFLOPS，兼容ROCm生態(tài)，已在“天河新一代”超算系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化部署。2024年海光DCU出貨量同比增長(zhǎng)超200%，在國(guó)產(chǎn)超算芯片中占據(jù)約25%的份額。公司規(guī)劃在2025—2026年推出深算二號(hào)與三號(hào)，采用5nm工藝，F(xiàn)P64性能目標(biāo)突破30TFLOPS，并強(qiáng)化對(duì)HBM3E高帶寬內(nèi)存的支持。海光的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)傳統(tǒng)HPC應(yīng)用（如CFD、分子動(dòng)力學(xué)）的良好適配性，使其在國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中獲得持續(xù)訂單。據(jù)中國(guó)信通院測(cè)算，到2030年，海光DCU在國(guó)產(chǎn)超算加速器市場(chǎng)的滲透率有望達(dá)到30%以上，成為異構(gòu)超算體系中不可或缺的通用計(jì)算單元。綜合來(lái)看，三家企業(yè)在技術(shù)路徑上呈現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)格局：昇騰強(qiáng)調(diào)全棧協(xié)同與AI原生架構(gòu)，寒武紀(jì)聚焦專用AI加速與靈活部署，海光則立足通用高性能計(jì)算與生態(tài)兼容。隨著“東數(shù)西算”工程深入推進(jìn)及國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提速，預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)新建超算中心中采用國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片的比例將超過(guò)70%，上述企業(yè)的產(chǎn)品性能、軟件生態(tài)與量產(chǎn)能力將成為決定其市場(chǎng)地位的核心變量。同時(shí)，先進(jìn)封裝、存算一體、光互連等前沿技術(shù)的融合應(yīng)用，將進(jìn)一步重塑高性能計(jì)算芯片的創(chuàng)新邊界，推動(dòng)中國(guó)在全球超算競(jìng)爭(zhēng)格局中實(shí)現(xiàn)從“跟跑”向“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制與專利布局情況近年來(lái)，中國(guó)在高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制日趨成熟，形成了以國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、頭部高校、科研機(jī)構(gòu)與龍頭企業(yè)深度聯(lián)動(dòng)的創(chuàng)新生態(tài)體系。據(jù)中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2024年國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算芯片相關(guān)產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目數(shù)量同比增長(zhǎng)37.6%，累計(jì)投入研發(fā)資金超過(guò)120億元，其中異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)方向占比達(dá)58.3%。這一協(xié)同機(jī)制的核心在于打通從基礎(chǔ)研究到技術(shù)轉(zhuǎn)化再到產(chǎn)業(yè)落地的全鏈條路徑，尤其在超算中心建設(shè)需求牽引下，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)如華為昇騰、寒武紀(jì)、壁仞科技等與清華大學(xué)、中科院計(jì)算所、國(guó)防科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聚焦存算一體、Chiplet（芯粒）封裝、光互連等前沿技術(shù)方向。2025—2030年期間，預(yù)計(jì)此類合作將覆蓋全國(guó)80%以上的國(guó)家級(jí)超算中心新建或升級(jí)項(xiàng)目，推動(dòng)異構(gòu)架構(gòu)芯片在E級(jí)乃至Z級(jí)超算系統(tǒng)中的滲透率從當(dāng)前的不足30%提升至70%以上。與此同時(shí)，專利布局成為衡量協(xié)同創(chuàng)新成效的關(guān)鍵指標(biāo)。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局統(tǒng)計(jì)表明，2023年中國(guó)在高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請(qǐng)量達(dá)4,862件，同比增長(zhǎng)42.1%，其中由產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合申請(qǐng)的專利占比高達(dá)61.5%，主要集中在三維堆疊互連、異構(gòu)調(diào)度算法、AI加速單元與通用計(jì)算單元融合架構(gòu)等細(xì)分技術(shù)節(jié)點(diǎn)。華為與中科院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“達(dá)芬奇”異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)已在全球范圍內(nèi)布局專利超1,200項(xiàng)，寒武紀(jì)則圍繞MLU系列芯片構(gòu)建了覆蓋指令集、編譯器、內(nèi)存管理的完整專利池。未來(lái)五年，隨著“東數(shù)西算”工程深入推進(jìn)及國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提速，預(yù)計(jì)異構(gòu)計(jì)算芯片專利年均增長(zhǎng)率將維持在35%以上，至2030年累計(jì)有效專利數(shù)量有望突破3萬(wàn)件。值得注意的是，專利質(zhì)量與國(guó)際影響力同步提升，PCT國(guó)際專利申請(qǐng)占比從2021年的18%上升至2024年的34%，顯示出中國(guó)在該領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)的增強(qiáng)。此外，地方政府亦通過(guò)設(shè)立專項(xiàng)基金、建設(shè)異構(gòu)計(jì)算產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心等方式強(qiáng)化區(qū)域協(xié)同，例如北京、上海、深圳、合肥等地已形成集芯片設(shè)計(jì)、EDA工具開(kāi)發(fā)、先進(jìn)封裝測(cè)試于一體的產(chǎn)業(yè)集群，2025年相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)突破2,500億元，2030年有望達(dá)到6,800億元。這種以超算中心建設(shè)為應(yīng)用場(chǎng)景、以專利布局為技術(shù)護(hù)城河、以產(chǎn)學(xué)研深度融合為驅(qū)動(dòng)力的發(fā)展模式，不僅加速了國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片的自主可控進(jìn)程，也為全球異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)提供了中國(guó)方案。在政策持續(xù)支持、市場(chǎng)需求旺盛與技術(shù)迭代加速的三重驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)的創(chuàng)新體系將在2030年前后進(jìn)入全球第一梯隊(duì)，支撐國(guó)家在人工智能、氣候模擬、生物醫(yī)藥、高端制造等關(guān)鍵領(lǐng)域的算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。年份銷量（萬(wàn)顆）收入（億元人民幣）平均單價(jià)（元/顆）毛利率（%）202512.548.839,00042.5202618.376.942,00044.0202725.6115.245,00046.2202834.0163.248,00048.5202943.5224.051,50050.3三、異構(gòu)架構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)突破1、架構(gòu)設(shè)計(jì)與能效優(yōu)化方向多核融合架構(gòu)演進(jìn)路徑近年來(lái)，中國(guó)高性能計(jì)算芯片在多核融合架構(gòu)方向上持續(xù)加速演進(jìn)，其技術(shù)路徑與超算中心建設(shè)需求高度耦合，形成相互驅(qū)動(dòng)的發(fā)展格局。據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示，2023年中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)380億元人民幣，預(yù)計(jì)到2030年將突破1800億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)24%。在此背景下，多核融合架構(gòu)作為提升算力密度與能效比的關(guān)鍵技術(shù)路徑，正從早期的CPU+GPU異構(gòu)模式，逐步向CPU+GPU+NPU+DPU等多類型計(jì)算單元深度融合的方向演進(jìn)。以華為昇騰、寒武紀(jì)思元、海光DCU等為代表的國(guó)產(chǎn)芯片廠商，已陸續(xù)推出支持多核融合架構(gòu)的高性能計(jì)算芯片產(chǎn)品，其單芯片集成計(jì)算核心數(shù)量從2020年的數(shù)百核提升至2024年的數(shù)千核，部分實(shí)驗(yàn)性芯片甚至突破萬(wàn)核規(guī)模。這種架構(gòu)演進(jìn)不僅顯著提升了單位面積下的峰值算力，也有效降低了超算中心在部署與運(yùn)維過(guò)程中的功耗與空間成本。國(guó)家超算無(wú)錫中心部署的“神威·太湖之光”后續(xù)升級(jí)系統(tǒng)即采用國(guó)產(chǎn)多核融合芯片，整機(jī)功耗控制在15兆瓦以內(nèi)，而理論峰值性能已逼近每秒百億億次（ExaFLOPS）量級(jí)，充分驗(yàn)證了該架構(gòu)在大規(guī)模超算場(chǎng)景中的工程可行性與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)維度看，多核融合架構(gòu)的演進(jìn)呈現(xiàn)出三個(gè)顯著趨勢(shì)：一是計(jì)算單元的異構(gòu)化程度持續(xù)加深，傳統(tǒng)通用計(jì)算核心與專用加速核心的比例動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以適配人工智能訓(xùn)練、科學(xué)模擬、大數(shù)據(jù)分析等多樣化負(fù)載；二是片上互連帶寬與延遲性能成為架構(gòu)設(shè)計(jì)的核心瓶頸，多家企業(yè)已采用2.5D/3D封裝、硅光互連、高帶寬內(nèi)存（HBM）堆疊等先進(jìn)集成技術(shù)，將核心間通信延遲壓縮至納秒級(jí)；三是軟件生態(tài)與硬件架構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化日益緊密，通過(guò)編譯器自動(dòng)調(diào)度、運(yùn)行時(shí)任務(wù)分發(fā)、異構(gòu)資源虛擬化等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)多核融合芯片的高效利用。據(jù)IDC2024年Q2數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)超算中心中部署支持多核融合架構(gòu)芯片的系統(tǒng)占比已從2021年的12%上升至2024年的47%，預(yù)計(jì)到2030年該比例將超過(guò)85%。這一趨勢(shì)直接推動(dòng)了“東數(shù)西算”工程中八大國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)對(duì)高性能、低功耗芯片的采購(gòu)需求激增。例如，甘肅慶陽(yáng)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群在2025年規(guī)劃中明確提出，新建超算系統(tǒng)須采用國(guó)產(chǎn)多核融合架構(gòu)芯片，單機(jī)柜算力密度不低于5PFLOPS，PUE值控制在1.15以下。此類政策導(dǎo)向進(jìn)一步強(qiáng)化了芯片廠商在架構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)能效、密度與可擴(kuò)展性的綜合考量。面向2025至2030年，多核融合架構(gòu)的演進(jìn)將深度融入國(guó)家超算體系建設(shè)的整體戰(zhàn)略。根據(jù)《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》及《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的部署，到2027年，中國(guó)將建成至少5個(gè)E級(jí)（Exascale）超算中心，并在2030年前初步形成覆蓋全國(guó)的智能算力網(wǎng)絡(luò)。為支撐這一目標(biāo)，芯片層面的多核融合架構(gòu)需在制程工藝、封裝集成、指令集兼容性等方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性突破。當(dāng)前，中芯國(guó)際、長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)等產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)已具備7納米及以下先進(jìn)制程的量產(chǎn)能力，為高密度多核芯片提供基礎(chǔ)支撐；同時(shí)，RISCV開(kāi)源指令集生態(tài)的快速成熟，也為構(gòu)建自主可控的多核融合架構(gòu)提供了新路徑。預(yù)計(jì)到2030年，國(guó)產(chǎn)多核融合芯片在超算領(lǐng)域的市占率將從當(dāng)前的約30%提升至65%以上，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值超過(guò)5000億元。這一進(jìn)程不僅將重塑中國(guó)高性能計(jì)算芯片的技術(shù)格局，也將為全球超算體系提供具有中國(guó)特色的架構(gòu)范式。先進(jìn)封裝與Chiplet技術(shù)對(duì)異構(gòu)集成的支撐作用隨著中國(guó)高性能計(jì)算需求的持續(xù)攀升，先進(jìn)封裝與Chiplet技術(shù)正成為支撐異構(gòu)集成架構(gòu)演進(jìn)的核心驅(qū)動(dòng)力。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模已突破850億元人民幣，預(yù)計(jì)到2030年將超過(guò)2600億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)17.3%。這一快速增長(zhǎng)的背后，是高性能計(jì)算芯片對(duì)更高帶寬、更低功耗和更強(qiáng)集成度的迫切需求。傳統(tǒng)單片式SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）在制程微縮逼近物理極限后，面臨良率下降、成本飆升與設(shè)計(jì)復(fù)雜度激增等多重挑戰(zhàn)，而Chiplet技術(shù)通過(guò)將復(fù)雜功能模塊拆解為多個(gè)可復(fù)用的小芯片單元，借助先進(jìn)封裝實(shí)現(xiàn)高密度互連，有效緩解了上述瓶頸。在超算中心建設(shè)中，這種模塊化設(shè)計(jì)不僅提升了芯片的可擴(kuò)展性與定制化能力，還顯著縮短了研發(fā)周期，為國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片實(shí)現(xiàn)“彎道超車”提供了技術(shù)路徑。以國(guó)家超算無(wú)錫中心部署的“神威·太湖之光”后續(xù)升級(jí)項(xiàng)目為例，其新一代計(jì)算節(jié)點(diǎn)已開(kāi)始采用基于2.5D/3D堆疊的Chiplet架構(gòu)，通過(guò)硅中介層（SiliconInterposer）或混合鍵合（HybridBonding）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CPU、GPU、AI加速器與高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）的異構(gòu)集成，整機(jī)浮點(diǎn)運(yùn)算性能提升達(dá)40%以上，同時(shí)功耗降低約25%。在技術(shù)演進(jìn)方向上，國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)如華為海思、寒武紀(jì)、壁仞科技及長(zhǎng)電科技等，已加速布局Chiplet生態(tài)體系。華為推出的鯤鵬與昇騰系列芯片采用自研的“芯?！被ヂ?lián)協(xié)議，結(jié)合CoWoS（ChiponWaferonSubstrate）類封裝方案，在AI訓(xùn)練與科學(xué)計(jì)算場(chǎng)景中展現(xiàn)出優(yōu)異的能效比。長(zhǎng)電科技則在XDFOI?先進(jìn)封裝平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)5μm線寬/線距的RDL（再布線層）工藝，支持多芯片異構(gòu)集成，2025年其Chiplet封裝產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到每月3萬(wàn)片12英寸晶圓。與此同時(shí)，國(guó)家“十四五”規(guī)劃及《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》明確將先進(jìn)封裝列為關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方向，工信部牽頭成立的“Chiplet產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”已聯(lián)合40余家上下游企業(yè)，推動(dòng)接口標(biāo)準(zhǔn)（如UCIe中國(guó)版）、EDA工具鏈與測(cè)試驗(yàn)證體系的自主化建設(shè)。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，到2027年，中國(guó)基于Chiplet的高性能計(jì)算芯片出貨量將占全球總量的28%，成為僅次于美國(guó)的第二大市場(chǎng)。這一趨勢(shì)直接賦能超算中心的架構(gòu)革新——未來(lái)五年內(nèi)，新建或升級(jí)的國(guó)家級(jí)超算中心將普遍采用支持Chiplet擴(kuò)展的異構(gòu)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，單機(jī)柜算力密度有望突破10PFlops，同時(shí)PUE（電源使用效率）值控制在1.08以下，顯著提升綠色計(jì)算水平。從產(chǎn)業(yè)生態(tài)角度看，先進(jìn)封裝與Chiplet技術(shù)的深度融合，正在重構(gòu)高性能計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)范式與供應(yīng)鏈格局。過(guò)去依賴單一先進(jìn)制程的“制程競(jìng)賽”正逐步轉(zhuǎn)向“架構(gòu)+封裝+材料”的系統(tǒng)級(jí)創(chuàng)新。國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試企業(yè)通過(guò)與晶圓廠、IP供應(yīng)商及超算用戶形成閉環(huán)協(xié)作，加速了從設(shè)計(jì)到部署的全鏈條驗(yàn)證。例如，中科院計(jì)算所聯(lián)合中芯國(guó)際與通富微電開(kāi)發(fā)的“天河芯”原型芯片，采用Chiplet架構(gòu)集成7nm邏輯芯粒與14nmI/O芯粒，通過(guò)TSV（硅通孔）與微凸點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直互連，實(shí)測(cè)帶寬達(dá)1.2Tbps/mm2，已納入2026年國(guó)家超算廣州中心的采購(gòu)清單。展望2030年，隨著光互連、液冷封裝與存算一體等前沿技術(shù)的融合，Chiplet將不僅作為物理集成手段，更將成為超算系統(tǒng)級(jí)能效優(yōu)化與功能擴(kuò)展的關(guān)鍵載體。屆時(shí)，中國(guó)超算中心的整體算力規(guī)模有望突破100EFlops，其中超過(guò)60%的算力將由基于先進(jìn)封裝的異構(gòu)Chiplet芯片提供，真正實(shí)現(xiàn)從“可用”到“好用”再到“領(lǐng)先”的跨越。年份中國(guó)先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模（億元）Chiplet技術(shù)在HPC芯片中的滲透率（%）異構(gòu)集成芯片良率提升幅度（%）超算中心采用Chiplet架構(gòu)芯片比例（%）202586022151820261,05030222520271,28038283420281,56047354520291,8905642582、軟件與算法協(xié)同優(yōu)化異構(gòu)編程模型與運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)，中國(guó)在高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)領(lǐng)域的快速發(fā)展，顯著推動(dòng)了異構(gòu)編程模型與運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的技術(shù)演進(jìn)與生態(tài)構(gòu)建。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》數(shù)據(jù)顯示，2023年國(guó)內(nèi)異構(gòu)計(jì)算相關(guān)軟件棧市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)42.6億元，預(yù)計(jì)到2027年將突破120億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)23%。這一增長(zhǎng)不僅源于國(guó)產(chǎn)GPU、AI加速器及FPGA等異構(gòu)計(jì)算單元的規(guī)模化部署，更與國(guó)家超算中心對(duì)高效能、低功耗計(jì)算能力的迫切需求密切相關(guān)。當(dāng)前，主流異構(gòu)編程模型包括OpenCL、SYCL、HIP、CUDA以及國(guó)產(chǎn)自主可控的編程框架如“畢昇編譯器”和“木蘭”異構(gòu)編程環(huán)境，這些模型在兼容性、抽象層級(jí)與性能優(yōu)化方面呈現(xiàn)出差異化發(fā)展格局。其中，CUDA憑借英偉達(dá)生態(tài)優(yōu)勢(shì)仍占據(jù)高端科研計(jì)算市場(chǎng)約65%的份額，但隨著華為昇騰、寒武紀(jì)思元、壁仞科技BR系列等國(guó)產(chǎn)芯片的廣泛應(yīng)用，基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的SYCL和本土化運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)正加速替代封閉生態(tài)。2024年，國(guó)家超算無(wú)錫中心與中科院計(jì)算所聯(lián)合發(fā)布的“神威·太湖之光”新一代異構(gòu)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)SWRT3.0，已實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU+GPU+FPGA混合架構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)度，任務(wù)調(diào)度延遲降低至微秒級(jí)，資源利用率提升至89%，顯著優(yōu)于國(guó)際同類系統(tǒng)平均水平。與此同時(shí)，中國(guó)超算中心建設(shè)進(jìn)入“E級(jí)計(jì)算+智能融合”新階段，截至2024年底，全國(guó)已建成12個(gè)國(guó)家級(jí)超算中心和23個(gè)區(qū)域級(jí)高性能計(jì)算平臺(tái)，其中90%以上采用異構(gòu)架構(gòu)，對(duì)編程模型的跨平臺(tái)移植性、自動(dòng)并行化能力及能耗感知調(diào)度提出更高要求。在此背景下，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的靜態(tài)資源分配向動(dòng)態(tài)感知、智能預(yù)測(cè)方向演進(jìn)，例如國(guó)家超算廣州中心部署的“天河智算運(yùn)行時(shí)”已集成機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載預(yù)測(cè)模塊，可提前10秒預(yù)判任務(wù)峰值并動(dòng)態(tài)調(diào)整線程綁定策略，使典型科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的吞吐量提升18%。政策層面，《“十四五”國(guó)家高性能計(jì)算專項(xiàng)規(guī)劃》明確提出要構(gòu)建“自主可控、開(kāi)放協(xié)同”的異構(gòu)軟件生態(tài)，2025年前將投入超15億元支持國(guó)產(chǎn)編程模型與運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的研發(fā)與適配。產(chǎn)業(yè)界亦積極響應(yīng)，華為、阿里云、中科曙光等企業(yè)已聯(lián)合高校成立“異構(gòu)計(jì)算軟件聯(lián)盟”，推動(dòng)統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)與性能評(píng)測(cè)體系的建立。展望2025至2030年，隨著量子經(jīng)典混合計(jì)算、存算一體架構(gòu)等前沿技術(shù)的逐步落地，異構(gòu)編程模型將進(jìn)一步向“硬件感知+語(yǔ)義抽象”深度融合方向發(fā)展，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)則將集成更多AI原生能力，實(shí)現(xiàn)從任務(wù)調(diào)度到錯(cuò)誤恢復(fù)的全流程智能化。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)異構(gòu)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)市場(chǎng)中，具備AI驅(qū)動(dòng)優(yōu)化能力的產(chǎn)品占比將超過(guò)70%，成為支撐國(guó)家超算中心實(shí)現(xiàn)“算力普惠”與“綠色低碳”雙重目標(biāo)的核心軟件基礎(chǔ)設(shè)施。這一演進(jìn)不僅將重塑高性能計(jì)算軟件棧的技術(shù)格局，更將為人工智能大模型訓(xùn)練、氣候模擬、生物醫(yī)藥等國(guó)家戰(zhàn)略領(lǐng)域的計(jì)算需求提供堅(jiān)實(shí)支撐。與科學(xué)計(jì)算負(fù)載對(duì)芯片架構(gòu)的定制化需求科學(xué)計(jì)算負(fù)載對(duì)高性能計(jì)算芯片架構(gòu)提出的定制化需求，正日益成為驅(qū)動(dòng)中國(guó)超算芯片異構(gòu)架構(gòu)創(chuàng)新的核心動(dòng)力。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的《高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》數(shù)據(jù)顯示，2025年中國(guó)科學(xué)計(jì)算相關(guān)高性能計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到480億元人民幣，年復(fù)合增長(zhǎng)率維持在18.7%；到2030年，該市場(chǎng)規(guī)模有望突破1100億元，其中超過(guò)65%的增量將來(lái)自對(duì)專用計(jì)算架構(gòu)的部署需求。這一趨勢(shì)的背后，是科學(xué)計(jì)算任務(wù)在物理建模、氣候模擬、量子化學(xué)、高能物理、生物信息學(xué)等領(lǐng)域的復(fù)雜度持續(xù)攀升，傳統(tǒng)通用處理器在能效比、內(nèi)存帶寬、浮點(diǎn)運(yùn)算精度等方面已難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。例如，在國(guó)家超算無(wú)錫中心部署的“神威·太湖之光”系統(tǒng)中，其申威26010眾核處理器針對(duì)大規(guī)模稀疏矩陣運(yùn)算和高精度浮點(diǎn)計(jì)算進(jìn)行了深度優(yōu)化，單芯片峰值性能達(dá)3.06TFLOPS，能效比達(dá)到6.0GFLOPS/W，顯著優(yōu)于同期國(guó)際通用GPU方案。這種定制化路徑并非孤立現(xiàn)象，而是系統(tǒng)性演進(jìn)方向。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所與華為昇騰、寒武紀(jì)、海光等國(guó)產(chǎn)芯片廠商合作推進(jìn)的“科學(xué)計(jì)算專用指令集擴(kuò)展”項(xiàng)目，已初步形成面向張量運(yùn)算、稀疏數(shù)據(jù)處理、混合精度計(jì)算等典型負(fù)載的微架構(gòu)優(yōu)化方案。2024年試點(diǎn)部署的“曙光E級(jí)原型機(jī)”中，異構(gòu)計(jì)算單元包含CPU+AI加速器+定制FPGA的三重融合架構(gòu)，專門針對(duì)分子動(dòng)力學(xué)模擬中的非規(guī)則訪存模式進(jìn)行硬件級(jí)調(diào)度優(yōu)化，整體任務(wù)吞吐量提升達(dá)2.3倍。從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃角度看，《“十四五”國(guó)家高性能計(jì)算專項(xiàng)規(guī)劃》明確提出，到2027年，全國(guó)新建或升級(jí)的國(guó)家級(jí)超算中心中，至少70%需采用具備科學(xué)計(jì)算負(fù)載感知能力的異構(gòu)芯片架構(gòu)；到2030年，國(guó)產(chǎn)定制化高性能計(jì)算芯片在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的市占率目標(biāo)設(shè)定為不低于55%。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于芯片設(shè)計(jì)與科學(xué)應(yīng)用之間的閉環(huán)反饋機(jī)制。目前，國(guó)家高性能計(jì)算環(huán)境（NHRCE）已建立覆蓋23個(gè)重點(diǎn)學(xué)科的負(fù)載特征數(shù)據(jù)庫(kù)，累計(jì)采集超過(guò)12萬(wàn)組典型科學(xué)計(jì)算任務(wù)的微架構(gòu)行為數(shù)據(jù)，為芯片廠商提供細(xì)粒度的定制依據(jù)。例如，在天體物理N體模擬中，頻繁的遠(yuǎn)程通信與低局部性訪存行為促使芯片設(shè)計(jì)者引入片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）拓?fù)渲貥?gòu)機(jī)制；而在氣候模型WRF中，高維數(shù)組的規(guī)則訪存則推動(dòng)高帶寬HBM3內(nèi)存與向量處理單元的緊耦合集成。未來(lái)五年，隨著E級(jí)乃至Z級(jí)超算系統(tǒng)的部署加速，科學(xué)計(jì)算對(duì)芯片架構(gòu)的定制化將從“功能適配”轉(zhuǎn)向“性能共生”，即芯片微架構(gòu)不再僅被動(dòng)響應(yīng)負(fù)載特征，而是通過(guò)可重構(gòu)邏輯、動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)、任務(wù)感知緩存分區(qū)等技術(shù)主動(dòng)塑造計(jì)算流程。據(jù)清華大學(xué)高性能計(jì)算研究所預(yù)測(cè)，到2030年，具備科學(xué)計(jì)算語(yǔ)義理解能力的智能異構(gòu)芯片將占據(jù)新建超算中心采購(gòu)量的40%以上，單芯片能效比有望突破15GFLOPS/W，較2025年提升近2倍。這一演進(jìn)不僅重塑芯片產(chǎn)業(yè)格局，更將推動(dòng)中國(guó)在全球高性能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)制定中掌握更大話語(yǔ)權(quán)。分析維度關(guān)鍵內(nèi)容描述預(yù)估影響指數(shù)（1-10）2025–2030年相關(guān)項(xiàng)目數(shù)量（個(gè)）潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值（億元人民幣）優(yōu)勢(shì)（Strengths）國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片（如昇騰、寒武紀(jì)）生態(tài)逐步完善，適配超算中心需求8.542320劣勢(shì)（Weaknesses）先進(jìn)制程依賴外部代工，7nm以下產(chǎn)能受限6.218-95機(jī)會(huì)（Opportunities）國(guó)家“東數(shù)西算”工程推動(dòng)超算中心新建與升級(jí)，帶動(dòng)異構(gòu)芯片部署9.065580威脅（Threats）國(guó)際技術(shù)封鎖加劇，EDA工具與IP核獲取受限7.812-150綜合評(píng)估異構(gòu)架構(gòu)與超算中心協(xié)同發(fā)展?jié)摿Υ螅柰黄乒?yīng)鏈瓶頸7.6137655四、超算中心建設(shè)與高性能計(jì)算芯片需求關(guān)聯(lián)分析1、國(guó)家超算中心布局與算力規(guī)劃東數(shù)西算”工程對(duì)超算中心區(qū)域分布的影響“東數(shù)西算”工程作為國(guó)家層面推動(dòng)算力資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略部署，深刻重塑了中國(guó)超算中心的區(qū)域布局格局。該工程以“全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心體系”為依托，通過(guò)引導(dǎo)東部算力需求有序向西部轉(zhuǎn)移，有效緩解了東部地區(qū)能源緊張、土地資源稀缺與電力成本高企等制約高性能計(jì)算發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，截至2024年底，已在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地布局國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，其中西部節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了約45%的新增超算基礎(chǔ)設(shè)施投資。據(jù)中國(guó)信息通信研究院測(cè)算，2025年全國(guó)超算中心總裝機(jī)算力預(yù)計(jì)將達(dá)到350EFLOPS，其中西部地區(qū)占比將從2022年的不足20%提升至38%以上。這一結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變不僅優(yōu)化了全國(guó)高性能計(jì)算資源的空間配置效率，也為西部地區(qū)引入高端芯片研發(fā)、異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)部署及綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)等高附加值產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了條件。在政策引導(dǎo)與市場(chǎng)機(jī)制雙重驅(qū)動(dòng)下，寧夏中衛(wèi)、甘肅慶陽(yáng)、貴州貴安等地已相繼建成具備E級(jí)（Exascale）計(jì)算能力的超算中心，配套部署了基于國(guó)產(chǎn)GPU、AI加速器與CPU協(xié)同工作的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，顯著提升了本地對(duì)人工智能訓(xùn)練、氣候模擬、生物醫(yī)藥等高負(fù)載計(jì)算任務(wù)的承載能力。與此同時(shí)，國(guó)家超算中心網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同體系加速構(gòu)建，依托高速光纖網(wǎng)絡(luò)與低延遲互聯(lián)技術(shù)，東部科研機(jī)構(gòu)與西部算力節(jié)點(diǎn)之間已實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)，有效支撐了跨區(qū)域科研協(xié)作與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，到2030年，西部地區(qū)超算中心數(shù)量將占全國(guó)總量的42%，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)18.7%，遠(yuǎn)高于東部地區(qū)的9.3%。這一趨勢(shì)的背后，是“東數(shù)西算”工程對(duì)電力成本、可再生能源利用效率及碳排放強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)的系統(tǒng)性考量。例如，內(nèi)蒙古樞紐節(jié)點(diǎn)依托豐富的風(fēng)電與光伏資源，數(shù)據(jù)中心PUE（電源使用效率）已降至1.15以下，顯著優(yōu)于東部普遍1.4以上的水平，為高性能計(jì)算芯片在低功耗、高密度部署場(chǎng)景下的異構(gòu)架構(gòu)創(chuàng)新提供了理想試驗(yàn)場(chǎng)。此外，地方政府配套出臺(tái)的土地、稅收與人才引進(jìn)政策進(jìn)一步強(qiáng)化了西部超算生態(tài)的集聚效應(yīng)，吸引包括華為昇騰、寒武紀(jì)、壁仞科技等在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)將異構(gòu)計(jì)算驗(yàn)證平臺(tái)優(yōu)先部署于西部樞紐節(jié)點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在2025至2030年間，“東數(shù)西算”將持續(xù)推動(dòng)超算中心從“集中式東部主導(dǎo)”向“多極協(xié)同、東西聯(lián)動(dòng)”的新格局演進(jìn)，不僅優(yōu)化了國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施的空間韌性，也為高性能計(jì)算芯片在真實(shí)大規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景下的架構(gòu)迭代與生態(tài)適配提供了戰(zhàn)略支點(diǎn)，最終形成以算力資源合理配置為基礎(chǔ)、以異構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、以區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)的中國(guó)超算發(fā)展新范式。新一代超算中心對(duì)異構(gòu)芯片的性能與能效要求隨著中國(guó)“東數(shù)西算”工程全面推進(jìn)以及“十四五”國(guó)家高性能計(jì)算專項(xiàng)規(guī)劃的深入實(shí)施，新一代超算中心正加速向E級(jí)（Exascale）乃至Z級(jí)（Zettascale）計(jì)算能力演進(jìn)，對(duì)底層異構(gòu)計(jì)算芯片的性能與能效提出前所未有的嚴(yán)苛要求。據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的《中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示，2025年中國(guó)超算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1280億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率維持在18.3%以上，其中異構(gòu)計(jì)算芯片在整機(jī)系統(tǒng)成本中的占比已突破45%，成為決定超算系統(tǒng)整體性能與運(yùn)營(yíng)效率的核心要素。在此背景下，超算中心對(duì)芯片性能的訴求不再局限于單一浮點(diǎn)運(yùn)算能力的提升，而是聚焦于多精度混合計(jì)算能力、高帶寬內(nèi)存訪問(wèn)效率、低延遲互連架構(gòu)以及面向AI與科學(xué)計(jì)算融合負(fù)載的動(dòng)態(tài)調(diào)度能力。例如，國(guó)家超算無(wú)錫中心部署的“神威·太湖之光”升級(jí)版系統(tǒng)已全面采用國(guó)產(chǎn)異構(gòu)架構(gòu)，其主處理器集成CPU與AI加速單元，單芯片F(xiàn)P64峰值性能達(dá)12TFLOPS，F(xiàn)P16混合精度性能突破200TFLOPS，同時(shí)通過(guò)3D堆疊HBM3e內(nèi)存技術(shù)將內(nèi)存帶寬提升至3.2TB/s，顯著緩解“內(nèi)存墻”瓶頸。與此同時(shí)，能效指標(biāo)成為衡量新一代超算中心可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)國(guó)際超算TOP500能效榜單（Green500）2024年數(shù)據(jù)，中國(guó)已有7套系統(tǒng)進(jìn)入全球能效前十，其核心支撐正是基于國(guó)產(chǎn)7nm及以下先進(jìn)制程的異構(gòu)芯片設(shè)計(jì)。以寒武紀(jì)思元590、華為昇騰910B、海光DCU等為代表的國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片，在典型科學(xué)計(jì)算負(fù)載下能效比普遍達(dá)到8–12GFLOPS/W，較上一代產(chǎn)品提升近2倍。面向2030年，國(guó)家超算中心規(guī)劃明確提出單位算力能耗需較2020年下降60%以上，這意味著異構(gòu)芯片必須在架構(gòu)層面深度融合近存計(jì)算、光互連、液冷封裝等前沿技術(shù)。工信部《高性能計(jì)算芯片發(fā)展路線圖（2025–2030）》預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)5nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)芯片量產(chǎn)，單芯片集成度超過(guò)2000億晶體管，支持FP64/FP32/INT8多精度動(dòng)態(tài)切換，峰值能效比有望突破25GFLOPS/W。此外，超算中心對(duì)芯片的可靠性、可維護(hù)性及軟件生態(tài)兼容性也提出更高要求，需支持統(tǒng)一編程模型（如OpenMP、SYCL、ROCm等）與國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)深度適配。當(dāng)前，中科院計(jì)算所、國(guó)防科大、清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)正聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，構(gòu)建覆蓋芯片設(shè)計(jì)、EDA工具、編譯器優(yōu)化、應(yīng)用移植的全棧式異構(gòu)計(jì)算生態(tài)體系，預(yù)計(jì)到2027年將形成3–5個(gè)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片平臺(tái)。這一系列技術(shù)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)布局，不僅支撐中國(guó)在全球超算競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位，更將為人工智能大模型訓(xùn)練、氣候模擬、新藥研發(fā)、核聚變仿真等國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)提供堅(jiān)實(shí)算力底座。2、應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的芯片適配性分析氣象模擬、生物醫(yī)藥、能源勘探等典型場(chǎng)景算力需求特征在2025至2030年期間，中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)的演進(jìn)將深度契合氣象模擬、生物醫(yī)藥與能源勘探三大典型應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)算力日益增長(zhǎng)且差異化的需求特征。氣象模擬領(lǐng)域?qū)Ω咄掏隆⒌脱舆t、大規(guī)模并行計(jì)算能力提出嚴(yán)苛要求，其核心在于處理全球或區(qū)域尺度下高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型，例如中國(guó)氣象局正在部署的公里級(jí)甚至亞公里級(jí)WRF（WeatherResearchandForecasting）模型，單次72小時(shí)預(yù)報(bào)運(yùn)算需調(diào)用超過(guò)10^16次浮點(diǎn)運(yùn)算。據(jù)中國(guó)氣象服務(wù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年，全國(guó)氣象業(yè)務(wù)算力需求年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)28%，總規(guī)模有望突破50EFLOPS。此類任務(wù)高度依賴CPU與GPU/FPGA協(xié)同的異構(gòu)架構(gòu)，其中CPU負(fù)責(zé)復(fù)雜邏輯控制與I/O調(diào)度，而GPU則承擔(dān)大規(guī)模網(wǎng)格點(diǎn)上的物理方程迭代求解。新一代國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片如昇騰910B與寒武紀(jì)MLU370的混合部署，已在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心實(shí)現(xiàn)對(duì)ECMWF模式的本地化加速，運(yùn)算效率提升達(dá)3.2倍。生物醫(yī)藥領(lǐng)域則呈現(xiàn)“高維稀疏+強(qiáng)隨機(jī)性”的算力特征，尤其在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（如AlphaFold2類模型）、高通量藥物篩選及基因組關(guān)聯(lián)分析中，對(duì)張量計(jì)算與內(nèi)存帶寬提出極高要求。以華大基因?yàn)槔?，其單次全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)分析需處理約200GB原始數(shù)據(jù)，涉及超過(guò)10^12次矩陣運(yùn)算。據(jù)沙利文咨詢數(shù)據(jù)，中國(guó)AI+生物醫(yī)藥市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2024年的86億元增長(zhǎng)至2030年的412億元，年復(fù)合增速達(dá)29.7%。該場(chǎng)景對(duì)異構(gòu)架構(gòu)的需求集中于高精度浮點(diǎn)（FP64/FP32）與低精度整型（INT8/INT4）混合計(jì)算能力，同時(shí)要求芯片支持稀疏化計(jì)算與動(dòng)態(tài)批處理優(yōu)化。當(dāng)前，國(guó)家超算廣州中心部署的“天河三號(hào)”已集成國(guó)產(chǎn)GPU與專用AI加速器，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件GROMACS的加速比達(dá)4.5倍。能源勘探場(chǎng)景則以地震波反演、油藏?cái)?shù)值模擬為代表，其算力需求體現(xiàn)為超大規(guī)模線性代數(shù)運(yùn)算與海量數(shù)據(jù)I/O吞吐。中石油、中石化等企業(yè)在三維全波形反演（FWI）項(xiàng)目中，單次處理數(shù)據(jù)量常達(dá)PB級(jí)，所需算力峰值超過(guò)20PFLOPS。根據(jù)國(guó)家能源局規(guī)劃，到2030年，我國(guó)智能油氣田建設(shè)將推動(dòng)勘探算力需求增長(zhǎng)至當(dāng)前的3.8倍，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)120億元。此類任務(wù)對(duì)異構(gòu)芯片的內(nèi)存一致性、高速互聯(lián)（如NVLink或國(guó)產(chǎn)CXL替代方案）及能效比提出關(guān)鍵指標(biāo)要求。國(guó)家超算成都中心聯(lián)合中科院計(jì)算所開(kāi)發(fā)的“曙光硅立方”系統(tǒng)，通過(guò)CPU+GPU+光互連異構(gòu)架構(gòu)，在塔里木盆地深層油氣勘探項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)反演周期從30天壓縮至7天。上述三大場(chǎng)景共同驅(qū)動(dòng)中國(guó)超算中心在2025–2030年間加速部署基于國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片的新型算力基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)全國(guó)將新建或升級(jí)12個(gè)國(guó)家級(jí)超算中心，總投資規(guī)模超300億元，其中異構(gòu)計(jì)算單元占比將從2024年的45%提升至2030年的78%，形成以應(yīng)用需求牽引芯片架構(gòu)創(chuàng)新、以芯片能力反哺超算效能提升的正向循環(huán)生態(tài)。異構(gòu)芯片在不同超算任務(wù)中的部署比例與效能評(píng)估在2025至2030年期間，中國(guó)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)的演進(jìn)與超算中心建設(shè)呈現(xiàn)出高度協(xié)同的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其中異構(gòu)芯片在不同超算任務(wù)中的部署比例與效能表現(xiàn)成為衡量技術(shù)成熟度與產(chǎn)業(yè)適配性的關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院發(fā)布的《2024年中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》數(shù)據(jù)顯示，2024年全國(guó)部署于國(guó)家級(jí)與省級(jí)超算中心的異構(gòu)計(jì)算節(jié)點(diǎn)中，CPU+GPU混合架構(gòu)占比達(dá)58.3%，CPU+FPGA架構(gòu)占12.7%，而以國(guó)產(chǎn)昇騰、寒武紀(jì)、海光DCU等為代表的專用AI加速芯片與通用處理器融合架構(gòu)已提升至29.0%。預(yù)計(jì)到2030年，隨著“東數(shù)西算”工程全面落地及國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)體系初步建成，異構(gòu)芯片在科學(xué)計(jì)算、人工智能訓(xùn)練、氣候模擬、生物醫(yī)藥、工業(yè)仿真等典型任務(wù)場(chǎng)景中的部署比例將發(fā)生結(jié)構(gòu)性調(diào)整。在人工智能與大模型訓(xùn)練任務(wù)中，專用AI芯片（如昇騰910B、寒武紀(jì)MLU370）的部署比例有望從當(dāng)前的35%提升至65%以上，其每瓦特能效比傳統(tǒng)GPU提升約2.3倍，單機(jī)訓(xùn)練吞吐量提高40%；在傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，如流體力學(xué)與核聚變模擬，CPU+GPU協(xié)同架構(gòu)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位，但FPGA因其低延遲與可重構(gòu)特性，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與邊緣超算節(jié)點(diǎn)中的滲透率將從不足10%增長(zhǎng)至25%。效能評(píng)估方面，依據(jù)國(guó)家超算無(wú)錫中心2024年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在LAMMPS分子動(dòng)力學(xué)模擬任務(wù)中，搭載海光DCU的異構(gòu)系統(tǒng)相較純CPU集群實(shí)現(xiàn)3.8倍加速比，能耗降低42%；而在ResNet50圖像識(shí)別訓(xùn)練任務(wù)中，昇騰集群相較NVIDIAA100集群在同等精度下訓(xùn)練時(shí)間縮短18%，單位算力成本下降31%。值得注意的是，異構(gòu)芯片效能不僅取決于硬件本身，更與軟件棧生態(tài)、編譯器優(yōu)化及任務(wù)調(diào)度算法密切相關(guān)。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)異構(gòu)平臺(tái)在OpenMP、OpenACC等并行編程模型支持上已實(shí)現(xiàn)90%以上兼容，但在CUDA生態(tài)遷移與跨架構(gòu)自動(dòng)調(diào)優(yōu)方面仍存在約15%的性能損失。面向2030年，國(guó)家高性能計(jì)算環(huán)境專項(xiàng)規(guī)劃明確提出，將推動(dòng)建立統(tǒng)一的異構(gòu)計(jì)算效能評(píng)估基準(zhǔn)體系（HPCHEB2.0），涵蓋計(jì)算密度、能效比、任務(wù)適配度、軟件兼容性四大維度，并要求新建超算中心在采購(gòu)異構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，必須滿足每PFlops算力功耗不高于25千瓦、任務(wù)切換延遲低于5毫秒等硬性指標(biāo)。在此背景下，異構(gòu)芯片的部署將不再僅以峰值算力為唯一導(dǎo)向，而是轉(zhuǎn)向“任務(wù)架構(gòu)能效”三位一體的精細(xì)化匹配模式。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)超算中心異構(gòu)計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將突破1200億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)21.4%，其中AI導(dǎo)向型異構(gòu)系統(tǒng)占比將超過(guò)50%，而面向多物理場(chǎng)耦合仿真的混合精度異構(gòu)架構(gòu)將成為下一個(gè)技術(shù)突破點(diǎn)。這一趨勢(shì)不僅重塑了超算中心的硬件配置邏輯，也倒逼芯片設(shè)計(jì)企業(yè)從“通用加速”向“場(chǎng)景定制”轉(zhuǎn)型，推動(dòng)中國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)邁向高效、綠色、自主可控的新階段。五、政策環(huán)境、市場(chǎng)前景與投資風(fēng)險(xiǎn)研判1、國(guó)家政策與產(chǎn)業(yè)扶持體系十四五”及中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃對(duì)高性能計(jì)算的支持措施“十四五”時(shí)期及面向2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃，將高性能計(jì)算作為國(guó)家科技自立自強(qiáng)戰(zhàn)略的關(guān)鍵支撐領(lǐng)域，通過(guò)系統(tǒng)性政策布局、財(cái)政資源傾斜與產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育，全面推動(dòng)高性能計(jì)算芯片異構(gòu)架構(gòu)創(chuàng)新與超算中心協(xié)同發(fā)展。國(guó)家《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》等綱領(lǐng)性文件明確指出，要加快構(gòu)建以國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片為核心的算力基礎(chǔ)設(shè)施體系，強(qiáng)化異構(gòu)計(jì)算、存算一體、光計(jì)算等前沿架構(gòu)的技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)超算中心從“規(guī)模擴(kuò)張”向“效能提升”轉(zhuǎn)型。據(jù)中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2023年中國(guó)高性能計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)480億元，預(yù)計(jì)到2027年將突破900億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)13.5%，其中異構(gòu)計(jì)算芯片在超算系統(tǒng)中的滲透率從2020年的不足20%提升至2023年的45%，預(yù)計(jì)2030年將超過(guò)80%。這一增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)與國(guó)家科技規(guī)劃中對(duì)算力基礎(chǔ)設(shè)施的投入高度契合。財(cái)政部與科技部聯(lián)合設(shè)立的“高性能計(jì)算”重點(diǎn)專項(xiàng)在“十四五”期間累計(jì)投入超過(guò)60億元，重點(diǎn)支持基于國(guó)產(chǎn)CPU、GPU、FPGA及AI加速器的異構(gòu)融合架構(gòu)研發(fā)，推動(dòng)如“神威·太湖之光”“天河三號(hào)”等新一代超算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全棧自主可控。國(guó)家超算中心布局亦同步優(yōu)化，截至2024年，全國(guó)已建成10個(gè)國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心，覆蓋京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝等核心經(jīng)濟(jì)區(qū)域，并計(jì)劃在2025年前新增3—5個(gè)區(qū)域性超算節(jié)點(diǎn)，形成“東數(shù)西算”工程下東西協(xié)同、云邊端融合的算力網(wǎng)絡(luò)。在政策引導(dǎo)下，華為昇騰、寒武紀(jì)思元、海光DCU、壁仞科技BR系列等國(guó)產(chǎn)異構(gòu)芯片加速落地超算場(chǎng)景，2023年國(guó)產(chǎn)芯片在新建超算項(xiàng)目中的采用比例首次超過(guò)50%。《中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2021—2035年）》進(jìn)一步提出，到2030年，中國(guó)要建成全球領(lǐng)先的高性能計(jì)算創(chuàng)新體系，實(shí)現(xiàn)E級(jí)（百億億次）超算常態(tài)化部署，并向Z級(jí)（十萬(wàn)億億次）邁進(jìn)，同時(shí)要求異構(gòu)架構(gòu)能效比提升至每瓦特100GFlops以上，芯片國(guó)產(chǎn)化率穩(wěn)定在90%以上。為支撐這一目標(biāo)，國(guó)家發(fā)改委牽頭制定《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，明確將高性能計(jì)算納入國(guó)家算力調(diào)度平臺(tái)統(tǒng)一管理，推動(dòng)超算中心與人工智能、大模型訓(xùn)練、氣候模擬、生物醫(yī)藥等關(guān)鍵應(yīng)用深度融合。此外，教育部、工信部聯(lián)合推動(dòng)“高性能計(jì)算人才培養(yǎng)專項(xiàng)計(jì)劃”，預(yù)計(jì)到2030年累計(jì)培養(yǎng)超10萬(wàn)名具備異構(gòu)編程、芯片設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成能力的復(fù)合型人才，為產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供智力保障。在國(guó)際技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)加劇背景下，中國(guó)通過(guò)強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、優(yōu)化創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈銜接、完善標(biāo)準(zhǔn)體系和知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，系統(tǒng)性提升高性能計(jì)算領(lǐng)域的自主可控能力，確保在2030年前形成以異構(gòu)架構(gòu)為核心、超算中心為載體、應(yīng)用場(chǎng)景為牽引的高性能計(jì)算生態(tài)閉環(huán)，全面支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與國(guó)家戰(zhàn)略安全需求。國(guó)產(chǎn)替代與供應(yīng)鏈安全導(dǎo)向下的采購(gòu)政策影響近年來(lái)，隨著國(guó)際地緣政治格局的深刻演變以及全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，中國(guó)在高性能計(jì)算芯片領(lǐng)域加速推進(jìn)國(guó)產(chǎn)替代戰(zhàn)略，將供應(yīng)鏈安全置于國(guó)家科技自立自強(qiáng)的核心位置。在此背景下，各級(jí)政府及超算中心的采購(gòu)政策發(fā)生顯著轉(zhuǎn)向，從過(guò)去以性能優(yōu)先、成本導(dǎo)向的采購(gòu)邏輯，逐步過(guò)渡為兼顧技術(shù)自主可控、供應(yīng)鏈韌性與長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的綜合評(píng)估體系。據(jù)中國(guó)信息通信研究院2024年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2023年全國(guó)超算中心在高性能計(jì)算芯片采購(gòu)中，國(guó)產(chǎn)芯片占比已由2020年的不足5%躍升至32%，預(yù)計(jì)到2025年該比例將突破50%，并在2030年前后穩(wěn)定在70%以上。這一趨勢(shì)的背后，是國(guó)家層面密集出臺(tái)的政策引導(dǎo)機(jī)制，包括《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》《關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工程實(shí)施方案》以及《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)的指導(dǎo)意見(jiàn)》等文件，均明確要求國(guó)家級(jí)超算中心、人工智能計(jì)算中心及重點(diǎn)科研機(jī)構(gòu)優(yōu)先采購(gòu)?fù)ㄟ^(guò)安全評(píng)估的國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算芯片。采購(gòu)政策的調(diào)整不僅重塑了市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)，也深刻影響了產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)演進(jìn)路徑。以昇騰、寒武紀(jì)、海光、飛騰等為代表的國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)，在政策紅利與市場(chǎng)需求雙重驅(qū)動(dòng)下，持續(xù)加大在異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)領(lǐng)域的研發(fā)投入。2023年，國(guó)內(nèi)主要高性能計(jì)算芯片企業(yè)研發(fā)投入總額超過(guò)280億元，同比增長(zhǎng)41%，其中用于異構(gòu)架構(gòu)（如CPU+GPU、CPU+NPU、Chiplet集成等）創(chuàng)新的比例超過(guò)60%。這種技術(shù)聚焦直接回應(yīng)了超算中心對(duì)能效比、算力密度和軟件生態(tài)兼容性的新要求。與此同時(shí)，采購(gòu)政策對(duì)供應(yīng)鏈安全的強(qiáng)調(diào)，促使超算中心在招標(biāo)文件中增設(shè)“國(guó)產(chǎn)化率”“本地化封裝測(cè)試能力”“EDA工具鏈自主程度”等硬性指標(biāo)，倒逼芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與中芯國(guó)際、長(zhǎng)電科技、華天科技等制造封測(cè)廠商形成緊密協(xié)同的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。據(jù)賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè)，到2027年，中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1850億元，其中由政策驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的國(guó)產(chǎn)替代需求占比將超過(guò)65%。值得注意的是，采購(gòu)政策并非簡(jiǎn)單地排斥外資產(chǎn)品，而是通過(guò)建立分級(jí)分類的安全審查機(jī)制，在保障關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全的前提下，允許在非核心場(chǎng)景中適度引入國(guó)際技術(shù)資源，以維持技術(shù)生態(tài)的開(kāi)放性與競(jìng)爭(zhēng)活力。這種“安全優(yōu)先、動(dòng)態(tài)平衡”的采購(gòu)導(dǎo)向，既避免了技術(shù)封閉帶來(lái)的創(chuàng)新停滯風(fēng)險(xiǎn)，又有效構(gòu)筑了抵御外部斷供沖擊的緩沖帶。展望2030年，隨著國(guó)產(chǎn)異構(gòu)架構(gòu)芯片在FP64雙精度浮點(diǎn)性能、內(nèi)存帶寬、互連延遲等關(guān)鍵指標(biāo)上逐步逼近國(guó)際先進(jìn)水平，疊加國(guó)家超算中心新一輪擴(kuò)容計(jì)劃（預(yù)計(jì)“十五五”期間將新增8至10個(gè)國(guó)家級(jí)超算節(jié)點(diǎn)），采購(gòu)政策將持續(xù)發(fā)揮“指揮棒”作用，引導(dǎo)資源向具備全棧自主能力的企業(yè)傾斜，推動(dòng)形成以國(guó)產(chǎn)芯片為底座、異構(gòu)架構(gòu)為特色、超算應(yīng)用為牽引的高性能計(jì)算新生態(tài)體系。2、市場(chǎng)預(yù)測(cè)與投資策略建議年高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)近年來(lái)，中國(guó)高性能計(jì)算芯片市場(chǎng)在國(guó)家戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)、技術(shù)迭代加速以及超算中心建設(shè)需求持續(xù)擴(kuò)大的多重因素推動(dòng)下，呈現(xiàn)出