2025年11月8日，第七屆中國超級算力大會（ChinaSC2025）在京舉行。會上發(fā)布了《2025中國高性能計算機(jī)（HPC）性能TOP100榜單》，這一榜單自2002年首次發(fā)布以來，已連續(xù)發(fā)布24年，成為中國乃至全球觀察中國高性能計算領(lǐng)域發(fā)展水平、技術(shù)趨勢和應(yīng)用動向的重要窗口和權(quán)威參考。本次榜單的榜首是2023年部署于某超算中心的主機(jī)系統(tǒng)，其峰值計算性能達(dá)到了驚人的620 PFLOPS，實測性能（LINPACK）也達(dá)到了487.94 PFLOPS。這一數(shù)字不僅刷新了中國HPC系統(tǒng)的性能紀(jì)錄，也標(biāo)志著中國在全球超算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位得到進(jìn)一步鞏固。

高性能計算機(jī)（High Performance Computing，HPC）并非指單一的、功能強(qiáng)大的計算機(jī)，而是一個由大量計算節(jié)點(diǎn)通過高速網(wǎng)絡(luò)連接而成的龐大計算集群。一個典型的HPC系統(tǒng)主要由三個核心部分構(gòu)成：計算系統(tǒng)、高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和存儲系統(tǒng)。計算系統(tǒng)是HPC的“大腦”，由大量的計算節(jié)點(diǎn)組成，每個節(jié)點(diǎn)通常包含多個高性能的多核或眾核處理器（CPU）以及用于加速計算的圖形處理器（GPU）或其他加速器。高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)則是HPC的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，負(fù)責(zé)在成千上萬個計算節(jié)點(diǎn)之間高速、低延遲地傳輸數(shù)據(jù)，確保各個節(jié)點(diǎn)能夠高效協(xié)同工作。存儲系統(tǒng)則是HPC的“記憶庫”，用于存放海量的計算數(shù)據(jù)和結(jié)果，通常采用并行文件系統(tǒng)，以提供極高的數(shù)據(jù)讀寫帶寬。因此，HPC的本質(zhì)是一種聚合計算資源，通過并行處理技術(shù)，將成千上萬的處理器核心協(xié)同工作，以實現(xiàn)對復(fù)雜科學(xué)、工程和商業(yè)問題的快速求解。這種驚人的計算能力，使得HPC成為國家科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵工具，在氣候模擬、新藥研發(fā)、材料設(shè)計、人工智能等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

HPC的架構(gòu)設(shè)計理念與家用電腦截然不同，它采用的是一種“集群”或“分布式”的架構(gòu)。相比之下，我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠胀矣秒娔X，即個人計算機(jī)（PC），通常是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，核心是一顆或多顆多核CPU，負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)中的所有計算任務(wù)。雖然現(xiàn)代家用電腦也配備了GPU，但其主要用途是處理圖形渲染任務(wù)，支持高清視頻播放和3D游戲，其架構(gòu)和驅(qū)動程序并非為大規(guī)?？茖W(xué)計算而優(yōu)化。個人計算機(jī)的系統(tǒng)總線、內(nèi)存帶寬和存儲速度都是圍繞滿足單個用戶的需求來設(shè)計的，當(dāng)面臨需要海量計算和數(shù)據(jù)處理的任務(wù)時，便會顯得力不從心。例如，一個需要個人計算機(jī)數(shù)天甚至數(shù)周才能完成的復(fù)雜仿真任務(wù)，在HPC上可能只需要幾小時甚至幾分鐘就能完成。

盡管高性能計算機(jī)比普通家用電腦強(qiáng)大很多，但用超級計算機(jī)打游戲或者運(yùn)行常用軟件并不現(xiàn)實。HPC的核心優(yōu)勢在于并行計算，即將一個大任務(wù)分解成無數(shù)個小任務(wù)，交由成千上萬個計算核心同時處理。然而，大多數(shù)游戲的核心邏輯是串行的，即需要按順序一步步執(zhí)行。雖然游戲中的圖形渲染、物理效果等部分可以并行化，但游戲的主循環(huán)、AI決策、用戶輸入處理等核心邏輯很難被有效地并行化。此外，HPC的處理器采用的是為科學(xué)計算優(yōu)化的指令集和架構(gòu)，與游戲所需的架構(gòu)不同，這導(dǎo)致游戲程序無法直接在HPC的處理器上運(yùn)行。

高性能計算機(jī)已深入生產(chǎn)生活。在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，HPC是探索未知世界的“望遠(yuǎn)鏡”和“顯微鏡”，能夠模擬和解析那些實驗手段難以觸及或成本極高的自然現(xiàn)象。在生命科學(xué)領(lǐng)域，HPC的應(yīng)用正在深刻地改變著我們對生命本質(zhì)的理解和疾病治療的方式。例如，基因組學(xué)是其最重要的應(yīng)用方向之一。對人類基因組進(jìn)行測序和分析會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，通過HPC，科學(xué)家可以在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)完成一個基因組的分析，而使用傳統(tǒng)計算機(jī)可能需要數(shù)月甚至數(shù)年。這使得大規(guī)模人群的基因組研究成為可能，為揭示遺傳病的發(fā)病機(jī)制、尋找疾病的生物標(biāo)志物以及實現(xiàn)個性化精準(zhǔn)醫(yī)療奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在藥物研發(fā)方面，HPC同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的藥物發(fā)現(xiàn)過程漫長且成本高昂，通常需要耗費(fèi)十年以上的時間和數(shù)十億美元的資金。而基于HPC的計算模擬，可以極大地加速這一過程?？茖W(xué)家可以利用HPC模擬藥物分子與靶點(diǎn)蛋白的相互作用，通過分子動力學(xué)模擬，在原子層面上觀察藥物分子如何與靶點(diǎn)結(jié)合，以及結(jié)合后的構(gòu)象變化。這種方法可以在計算機(jī)上快速篩選數(shù)百萬甚至數(shù)十億個候選化合物，從中找出最有潛力的“先導(dǎo)化合物”，從而將實驗室中的“大海撈針”式篩選轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У挠嬎銠C(jī)輔助藥物設(shè)計（CADD）。

氣候和環(huán)境科學(xué)也是HPC應(yīng)用最經(jīng)典、最成功的領(lǐng)域之一。全球氣候系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，受到大氣、海洋、陸地、冰雪等多個圈層相互作用的影響。要對未來天氣和氣候變化做出準(zhǔn)確的預(yù)測，就需要求解描述這些物理過程的復(fù)雜偏微分方程組。這些方程組無法用解析方法求解，只能通過數(shù)值方法進(jìn)行離散化，然后在計算機(jī)上進(jìn)行模擬。HPC使得高分辨率、長時效的氣候模擬成為可能。通過將地球表面劃分為數(shù)百萬甚至數(shù)千萬個網(wǎng)格點(diǎn)，并在每個網(wǎng)格點(diǎn)上求解物理方程，HPC可以模擬出全球范圍內(nèi)的風(fēng)、云、降水、溫度等氣象要素的演變。

除此之外，在科幻電影的特效制作、汽車碰撞模擬分析、金融風(fēng)險預(yù)警等領(lǐng)域的背后，都有著高性能計算機(jī)的強(qiáng)力支持。作為科技創(chuàng)新的核心引擎，強(qiáng)大的計算能力已經(jīng)滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計和商業(yè)分析的方方面面，深刻地改變了我們認(rèn)識世界、改造世界和決策的方式。從微觀的基因序列到宏觀的宇宙演化，從尖端飛行器的設(shè)計到日常消費(fèi)品的研發(fā)，高性能計算機(jī)都扮演著不可或缺的角色。它通過高精度的數(shù)值模擬和大數(shù)據(jù)分析，極大地縮短了研發(fā)周期、降低了成本，并使得許多過去無法實現(xiàn)的科學(xué)探索和技術(shù)創(chuàng)新成為可能。

在當(dāng)前復(fù)雜的國際形勢下，實現(xiàn)核心技術(shù)的自主可控，是中國高性能計算機(jī)發(fā)展的必然選擇。這包括核心芯片、操作系統(tǒng)、編譯器、并行編程環(huán)境等關(guān)鍵軟硬件的國產(chǎn)化。我國在這方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。例如，“神威·太湖之光”實現(xiàn)了包括“申威26010”處理器在內(nèi)的所有核心部件的全面國產(chǎn)化。新一代的“天河星逸”系統(tǒng)也采用了國產(chǎn)的計算架構(gòu)和處理器。在軟件生態(tài)方面，我國也在積極構(gòu)建自主的HPC應(yīng)用生態(tài)，開發(fā)了一系列面向領(lǐng)域的超算應(yīng)用平臺，支持各行各業(yè)取得了顯著的應(yīng)用實效。未來，我國還將繼續(xù)加大對HPC核心技術(shù)的研發(fā)投入，構(gòu)建更加完善和開放的國產(chǎn)HPC軟硬件生態(tài)，確保國家信息安全和科技發(fā)展的主動權(quán)。