超级计算机市场规模和份额
超级计算机市场分析
2025年超级计算机市场规模为111.7亿美元，预计到2030年将达到191.5亿美元，复合年增长率为11.38%。这种快速攀升取决于百亿亿次突破、人工智能工作负载的飙升以及公共部门对数字主权项目投资的增加。国家实验室、云运营商和私人研究财团正在扩大采购预算，推动处理器、加速器和液体冷却技术之间的激烈竞争。与此同时，半导体供应链的脆弱性和不断上升的能源成本影响着采购决策，促使供应商集成节能架构和先进的散热解决方案。政府的出口管制政策进一步分割了超级计算机市场，将需求引向国内供应商，并加剧了设计竞争
主要报告要点
- 按组件划分，到 2024 年，处理器将占据超级计算机市场 39.12% 的份额。
- 按系统类型划分，由 AI 工作负载驱动的加速器预计到 2030 年将以 15.28% 的复合年增长率增长。
- 按部署模式划分，基于云的 HPC 即服务到 2030 年，预计复合年增长率将达到 20.39%。
- 从处理规模来看，Exascale 的安装量将在 2024 年占据超级计算机市场规模的主要份额，并且到 2030 年将以 27.12% 的复合年增长率加速增长。
- 按最终用户划分，医疗保健和生命科学的复合年增长率为 15.79%，是最终用户中增长最快的。
- 按地理位置划分，亚太地区预计复合年增长率为 12.82%，是到 2030 年最快的区域增长轨迹。
全球超级计算机市场趋势和见解
驱动因素影响分析
| Race-to-Exascale 公共资金激增 | +2.8% | 全球；美国、中国、欧盟、日本的高强度 | 中期（2-4 年） | |
| HPC 系统上的 AI/ML 工作负载激增 | +3.2% | 全球；北美、亚太地区领先 | 短期（≤2 年） | |
| COVID 后对气候和生物医学模拟的需求 | 全球；重点关注发达经济体 | 中期（2-4 年） | ||
| 基于云的 HPC 即服务可用性不断提高 | +2.1% | 全球；北美、欧洲早期采用 | 短期（≤2 年） | |
| 开源 HPC 软件堆栈成熟度 | +1.4% | 全球 | 长期（≥4 年） | |
| 国家数字主权计划 | +1.8% | 亚太地区、欧洲、部分新兴国家 | 长期（≥4 年） | |
| 来源： | ||||
百亿亿级公共资金激增
美国、欧洲、中国和日本的大型项目为下一代系统提供资金，这些系统的速度比当今的千万亿级机器高出十倍或更多。支持区域研究自主权的百亿亿级网络[1]能源部，“发现超级计算机计划”，hpcwire.com 供应商能够捆绑硬件、软件和专业服务，捕获更长时间的合作。合同，确保初始安装之外的收入可见性。随着大学寻求领先级机器，学术招标不断加剧，产生了第二层需求，将较小的供应商纳入国家计划。
HPC 系统上 AI/ML 工作负载的激增
AI 推理和训练现已渗透到传统 HPC 中心，迫使架构师集成高带宽内存和异构计算子系统。 NVIDIA 的 H100 和 AMD 的 MI300X 加速器已成为新采购中的标准产品，反映了 AI 层如何推动峰值浮点运算要求[2]NVIDIA，“2024 财年数据中心收入亮点”，nvidia.com。金融机构部署超低延迟集群进行风险分析，而生命科学公司则利用多节点 GPU 机架进行药物发现管道。这种转变重塑了软件生态系统；共编译器、调度器和库必须针对张量核心和稀疏感知操作进行优化。提供交钥匙 AI-HPC 解决方案的系统集成商不断赢得更高利润的服务交易。
新冠疫情后对气候和生物医学模拟的需求
研究人员需要对极端天气事件和大流行病轨迹进行更长的预测。 Fugaku 的实时龙卷风模型将预测时间缩短至 80 分钟，表明计算能力如何直接影响公共安全规划[3]Fujitsu Limited，“富岳实时龙卷风预测”，fujitsu.com。石油和天然气巨头使用百亿亿级系统在单一工作流程中评估碳捕获场景和地震数据。生物医学实验室利用基因组模型来推进由大流行时代的资金加速的个性化医疗计划。应用领域的拓宽即使在周期性 IT 支出放缓的情况下，也能支撑弹性需求。
基于云的“HPC 即服务”可用性不断提高
公有云提供商现在提供能够实现数百千万亿次浮点运算的弹性集群，消除了小型企业的资本支出障碍。 Oracle 的 zettascale 路线图展示了平台竞争如何以每美元的原始计算为中心，而不是差异化的服务层[4]Oracle，“Oracle 宣布 zettascale 计算集群”，oracle.com。混合模式占主导地位；敏感工作负载仍保留在本地，但会因开发和季节性高峰而爆发到云端。中间件必须提供无缝的数据移动性和调度程序意识，为软件初创公司开辟新的利基市场。欧洲数据驻留规则提升了区域提供商的地位，进一步分散了格局。
限制影响分析
| 数据中心电力和冷却成本不断上升 | −2.4% | 全球；电价飙升 | 短期（≤2 年） |
| 并行编程技能方面持续存在人才缺口 | −1.8% | 全球；新兴市场明显 | 长期（≥4 年） |
| 先进节点芯片供应链脆弱性 | −2.1% | 全球；专注于领先晶圆厂 | 中期（2-4 年） |
| 公共部门采购周期较长 | −1.2% | 政府重点地区 | 中期（2-4年） |
| 来源： | |||
不断增加的数据中心电力和冷却成本
随着空气冷却的停滞，液体和浸入式冷却仅在五年前分配的预算就显得微乎其微。在系统生命周期内，能源经常超过摊销硬件成本，迫使运营商就长期电力采购合同进行谈判。每瓦性能满足rics，刺激小芯片和光学互连的研发，以抑制热足迹。对绿色数据中心的政策激励会影响选址，推动新的建设转向可再生能源过剩的地区。
高级节点芯片供应链脆弱性
少数先进晶圆厂生产高带宽内存和尖端加速器。当包装线出现堵塞时，交货时间会延长至 12 个月以上，从而导致部署计划脱轨并导致组件价格上涨。出口管制措施进一步收紧供应，特别是对于受到国家安全限制的组织而言。使用旧节点芯片或替代供应商的应急设计通常会损害性能，迫使买家权衡吞吐量损失和进度风险。这些冲击使多年采购路线图变得复杂，并抑制了近期增长。
细分市场分析
按组件：加速器推动 AI-HPC 融合
加速器在 2024 年占据超级计算机市场规模 44 亿美元，预计到 2030 年复合年增长率为 15.28%。GPU 和定制 ASIC 与传统浮点模拟一起承担人工智能推理任务，将平均机架级热量从 40 kW 提升到 80 kW。内存供应商难以满足 HBM3E 需求，限制了许多 2025 年的构建。存储过渡到 NVMe over Fabrics，减少数据丰富的工作负载中的 I/O 瓶颈。
到 2024 年，处理器将保留 39.12% 的超级计算机市场份额，但由于客户将更大的预算分配给加速器，因此面临单位收入放缓的问题。供应商转向基于小芯片的设计，这些设计与 GPU 连贯地连接，需要统一的内存语义。软件和服务仍然是利润率最高的部分，其中优化合同的寿命比硬件周期长。互连收入与节点数量同步增长，800 Gbps 以太网通道和 400 Gbps InfiniBand 构成了下一代网络的支柱
按系统类型：异构集群进步
基于集群的架构在 2024 年占超级计算机市场规模的 45 亿美元，随着标准化简化采购，其份额将保持在 40.13%。与此同时，异构系统的复合年增长率为 15.87%，将 CPU、GPU 和专用加速器捆绑在单个调度程序下，以灵活应对 AI 和模拟工作负载。对于需要极端节点数的晶格 QCD 和天气模型来说，大规模并行处理仍然至关重要。
SYCL 和 OpenMP 卸载指令等软件框架为不同芯片铺平了更顺畅的开发路径，提高了利用率。将高密度 GPU 与富含 CPU 的头节点封装在一起的供应商满足了寻求双重用途集群的研究机构的需求。载体系统虽然小众，但在基因组比对和实时风险计算任务中找到了新的相关性。
按部署模式：Cloud Momentum Builds
云产品到 2024 年将产生 32 亿美元的超级计算机市场规模，预计复合年增长率为 20.39%。灵活的即用即付定价使初创公司和中型实验室的访问变得民主化，而此前这些实验室的价格超出了本地所有权的范围。早期采用领域包括自动驾驶汽车模拟和电影渲染，两者都需要零星但大量的计算能力。
本地部署仍占超级计算机市场份额的 59.67%，依赖于沉没成本设施和严格的数据主权要求。混合策略在金融服务公司中占主导地位，这些公司将交易模型保留在本地，同时在云沙箱中训练算法。提供商现在将托管机架捆绑在主权数据区域内，将监管合规性与弹性容量结合起来。
按处理规模：Exascale时代黎明
Exascale安装量在2024年占超级计算机市场规模的19亿美元，并将加速增长随着国家实验室将系统从试点转向生产，复合年增长率为 27.12%。前百亿亿次集群填补了尚未准备好满足百亿亿次能量和空间需求的机构的空白，而千万亿次系统仍然具有成本效益，占据 63.62% 的份额。
软件生态系统适应；新的内存模型、检查点方案和异步编程模式的出现是为了利用十亿路并发。万亿参数人工智能模型的训练管道越来越多地与气候和物理代码共享运行时环境，从而促进了跨学科合作。
最终用户：医疗保健研究激增
医疗保健和生命科学在 2024 年吸收了 18 亿美元的支出，实现了超级计算机行业最快的 15.79% 复合年增长率。像 Recursion 这样的药物发现公司通过计算机筛选缩短了交付时间，而基因组中心则处理泛基因组数据集。政府和国防占 31.98% 的份额，仍然是基石买家寻找分类人工智能和先进材料研究。
制造业利用数字孪生进行实时车间优化，而公用事业公司则在可再生能源变化中模拟电网动态。学术联盟为较小的部门提供共享访问权限，从而扩大了用户群。金融服务集群一夜之间执行蒙特卡洛风险运行，突显了 HPC 超越纯科学的作用。
地理分析
北美超级计算机市场
北美占据 2024 年收入的 41.45%，因为美国继续为数十亿美元的百万兆级项目提供资金，包括探索号与酋长岩号的姊妹舰。加拿大采用基于云的研究资助扩大了大学附属初创企业的准入范围。超大规模提供商使用人工智能密集型实例类型升级了区域可用区，加剧了系统集成商之间对托管服务的竞争
亚太地区以 12.82% 的复合年增长率增长，受益于中国国内的千万亿级部署和日本 Fugaku NEXT 路线图，目标是到 2030 年将性能提高 5-10 倍。印度扩大数字公共基础设施任务，为需要本地化计算主权的基因组学和气候应用指定资金。澳大利亚和新加坡共同资助区域地球系统中心，提振了对中型集群的需求。
欧洲通过 EuroHPC 联合项目拨款保持稳定增长，该拨款将容量分配到德国、芬兰和意大利。主权条款促使买家选择开放式架构硬件与欧盟开发的软件堆栈相结合。能源价格波动刺激了北欧数据中心的建设，利用低碳水力发电来托管双重用途的商业和公共研究节点。中东资助人工智能工厂，例如沙特阿拉伯的 HUMAIN，以实现碳氢化合物以外的经济多元化。南美洲 4 美元llion 巴西计划提升了 TOP500 名单中的地区排名，并与全球学术合作伙伴展开合作。
竞争格局
适度整合定义了供应商领域。惠普企业利用其 Cray 血统，将 Slingshot 互连与优化的软件工具链捆绑在一起，在国家实验室奖项中占据主导地位。戴尔科技集团和联想追求广度，在中端集群的总拥有成本方面展开激烈竞争。 NVIDIA 的 GPU 路线图决定了许多采购； 2024 年的短缺暴露了买家的依赖，但也加强了对 CUDA 库的锁定。 AMD 的 EPYC 处理器缩小了整数性能差距，并在收购 ZT Systems 后提供垂直集成的机架，对人工智能优先的数据中心有吸引力。
云供应商现在正在争夺以前为本地巨头保留的工作负载。亚马逊网络服务标志ets Trainium 和 Inferentia 芯片，通过拥有供应链来避免 GPU 稀缺。 Oracle 的 zettascale 集群公告将话题转向了百亿亿级即服务产品，从而加剧了价格战。 Cerebras Systems 等初创企业提供针对语言模型训练量身定制的晶圆级引擎，迫使现有 OEM 探索特定领域的加速器。
冷却技术专业公司获得战略地位；低于 10°C 的液浸原型可实现每个机架 >1.5 PFLOPS，帮助运营商控制电费。由于买家寻求抽象层来消除硬件复杂性，编排混合人工智能和模拟工作负载的中间件供应商获得了更高的估值。
最新行业发展
- 2025 年 7 月：佐治亚理工学院从国家科学基金会获得 2000 万美元用于建造 Nexus AI 超级计算机，目标峰值容量为 400 petaflops。
- 2025 年 6 月：QuEra 发布了有关将量子加速器集成到 HPC 堆栈中的指南，表明人们对混合量子经典的兴趣日益浓厚。
- 2025 年 5 月：沙特阿拉伯的 HUMAIN 计划签署了多年 GPU 采购协议，总计数十万个芯片，人工智能计算预算高达 100 亿美元。
- 2025 年 4 月：RIKEN 确认 Fugaku NEXT 开发将交付到 2030 年，性能将达到当前性能的 5-10 倍。
- 2025 年 3 月：富士通向日本气象厅提供四倍容量升级，用于极端天气建模。
FAQs
全球高性能计算支出的增长速度有多快？
2025 年至 2030 年间，超级计算机市场的全球收入复合年增长率为 11.38%，推动因素包括亿亿次融资和人工智能工作负载。
哪个地区在大规模计算采用方面增长最快？
亚太地区复合年增长率为 12.82%到 2030 年，由中国、日本和印度国家计划推动。
为什么加速器变得比传统 CPU 更重要？
人工智能和机器学习任务主导新的工作负载，GPU 等加速器可提供比通用处理器更高的张量吞吐量。
哪些挑战限制了百亿亿次系统的立即扩展？
高功耗、高级节点芯片短缺以及并行编程人才的稀缺限制了近期的部署。
云产品会取代所有本地超级计算机吗？
否；尽管云 HPC 以 20.39% 的复合年增长率增长更快，但本地集群对于安全和数据主权需求仍然至关重要。
