北京和众汇富:从破解密码到宇宙演化模拟⋯⋯超算的应用无所不在

中国超算只是芯片堆积吗?为何全球都在争先发展超算行业

 

从“天宫一号”回家路线的计算,到雾霾高精度预警预报,从C919大飞机研制,到石油钻井位置确定,从基因测序到新药筛选,从破解密码到宇宙演化模拟⋯⋯超算的应用无所不在。我们越来越便利美好的日常生活背后也有其功劳,比如每天出门前必看的天气预报、影视大片中的酷炫特效,甚至洗衣液瓶子的设计。上算天,下算地,中算人,无论国家安全,科技发展还是造福民生,都离不开超算的支撑。超算,可谓名副其实的“大国重器”。

 

一、超算行业简介

 

(一)什么是超级计算机?

 

高性能计算,又称超级计算,是计算机科学重要的前沿性分支,从电子计算机诞生之日起,计算能力的提升就是信息产业从业人员追求的核心目标之一。

超级计算机可以在多种领域进行一些人们或者普通计算机无法进行的工作,多用于国家高科技领域或者尖端技术的研究,也可以将它比喻为一个超级电脑。它不仅是一个国家综合科研水平的重要标志,也是综合支撑国家安全、经济和社会发展等可持续发展的不可替代的信息技术手段。

 

(二)超级计算机只是芯片堆积吗?

 

很多人对于超级计算机其实有一个比较深的误解,认为超级计算机就是多加一些芯片,让它拥有更多的空间进行数据的处理和储存。

但是,实际上超级计算机并非只是芯片简单的进行堆积,它的运作过程是非常的复杂的。超级计算机并不是加两个芯片,它的速度就可以达到原来的两倍,这也是超级计算机之所以备受关注的原因。

 

(三)超算行业市场规模有多大?

 

随着中国经济的发展,各方面的配套设施和产业也将不断进步,高性能计算拥有的算力和存储能力是未来产业发展的基础,近年来也出现了一些系列新兴产业,如云计算、大数据、边缘计算、人工智能等,加到了对于高性能计算机的需求,未来科技的发展,仍将不断增加高性能计算机的市场。未来随着我国高性能计算机在各行各业的应用不断加深,其市场规模预计将持续保持增长,到2025年达到581.76亿元左右。

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(四)全球超算竞争格局

 

2019年11月18日,全球超算TOP500公布,近半年来中国与美国在全球的竞争格局并未发生大的改变,但是中国在各方面的优势进一步凸显。

从入榜数量情况来看,中国进一步夯实了相对美国的领先地位。在算力前500名单中,中国占228台,美国占117台,分别较上半年增加了9台和1台。自2017年底,中国超越美国以后,目前在TOP500榜单中占比数量约达到美国两倍,领先优势明显。

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从计算力的角度来看,美国仍然遥居榜首。在TOP500的榜单中,美国占据37.1%的计算性能,中国占据32.3%的份额,与美国的差距从上半年的8.6%下降到4.8%。

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TOP500的榜单继续由美国的Summit占据,但是由于中国计划2020年推出E级超算,因而有望在2020年TOP500推出之际刷新世界纪录。

 

二、超算行业特征

 

(一)区域性特征

 

新一代信息技术与地方经济发展水平息息相关。北京、上海、广州、深圳作为中心城市需求持续旺盛,江浙等经济发达省份和成渝等经济活跃地区的信息化建设需求也很突出。随着“京津冀”、“长三角一体化”、“粤港澳大湾区”、“成渝城市群”等区域协同发展战略的实施,国家中心城市的进一步扩容,各地区的信息化建设需求正在进一步扩张中。大数据产业亦成为中西部地区经济发展的新龙头,显著地拉动了对信息化产品和技术的需求。

 

(二)知识密集型特征

 

超算行业具有知识密集型特征,具体为:

(1)生产技术和生产工艺建立在先进的科学技术基础上,资源消耗低;

(2)科技人员在职工中所占比重较大,劳动生产率高;

(3)产品技术性能复杂,更新换代迅速。

作为知识密集型的高新技术行业,超算行业与传统的资本、劳动力密集的制造行业不同,需大量专业技术和专业人才支撑,强调技术和人才的作用,强调技术资本和人力资本的投入。企业核心竞争力主要体现在企业的核心技术能力和人员的专业素质差异上。

 

(三)资金密集型特征

 

高端计算机行业从研发投入、原材料采购、生产销售、技术服务等各个业务环节,都需要大量资金先期投入,而由于信息化建设项目实施周期相对较长、上下游结算存在时间差异,导致企业生产经营过程中会占用大量营运资金。

 

(四)季节性特征

 

高端计算机行业的销售与结算具有季节性特征。客观上在第四季度业务量及项目验收工作较多,呈现出较明显的季节性差异。高端计算机行业以销定产的生产模式以及大型高端计算机项目的实施和验收呈现出明显的季节性特征。

 

三、高端计算机行业上下游关系

 

高性能计算机的上游主要是集成电路制造行业以及储存行业,下游应用有互联网服务、大数据、电信、云计算、政府部门、超算中心、科学计算、电子商务、视频、电力、信息安全、移动互联网、大气气象、工程、能源等领域。

图 6 高端计算机行业上下游产业链_看图王

(一)上游产业分析

 

高端计算机行业的上游行业包括芯片、存储等硬件设备制造业及软件行业。当前,上游具有较大影响力的制造商主要是Intel、AMD、希捷、三星等国外知名企业,受中美贸易摩擦,以及美国近期频繁利用出口管制实体清单进行贸易限制,对美国企业的特定零件供应造成一定影响。

另一方面,随着国内上游企业的发展壮大,陆续推出具有一定替代能力的零部件,零部件质量也不断提升,采购价格总体呈下降趋势,将有利于提高国内新一代信息技术企业的竞争力。

 

(二)下游行业分析

 

高端计算机等新一代信息技术主要是为国民经济各行业信息化建设提供服务,其下游行业为政府、能源、互联网、教育等行业客户,涵盖国家基础设施、电子政务、企业信息化和城市信息化等领域。

目前,我国国民经济各行业发展形势良好,各行业的信息化建设需求仍然旺盛,这对我国新一代信息技术行业发展提供了广阔的市场空间。

 

四、高端计算机行业竞争格局

 

在2019年由ACMChina主办的中国高性能计算机评选中,在国产服务器前100名之中,联想和中科曙光各以39套的成绩并列第一。曙光、联想和浪潮,国产三强合计占系统份额92%。由此可见中科曙光服务器性能优越性。

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在性能方面,神威太湖之光和天河二号仍稳居第一、二位,而第100名性能提升了38%,TOP100榜单平均性能提升了13%。

在应用领域方面,互联网/云计算占比34%,其次是科学计算15%,大数据/机器学习11%,超算中心11%。互联网企业和云业务的兴起对超算业态带来了巨大的变化,同时人工智能和深度学习算法的发展,更是让超算与互联网应用的融合成为了大势所趋。

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(一)中科曙光

 

中科曙光是在中国科学院大力推动下,以国家“863”计划重大科研成果为基础组建的国家高新技术企业。2020年,中科曙光成功入围天津市第一批产教融合型试点企业;智慧城市、智慧电力和网格化社会治理三个项目列入2020年工信部大数据产业发展试点示范项目;XData大数据智能引擎获得工信部测试机构认证,实现上万节点稳定运行、千亿数据秒级响应。

中科曙光在体系结构、高能效计算系统、高速互连技术、液体冷却技术、EasyOP管理和运维软件、先进计算服务平台软件和人工智能软件优化等方面继续加大研发投入。中科曙光基于龙芯、飞腾等国产处理器开发了系列终端和服务器产品,全面适配国产操作系统、数据库、中间件等基础软件,推动国产生态体系建设。

 

(二)浪潮信息

 

高性能AI服务器将成为智算中心生产算力的“动力机组”,产出强大计算力。浪潮拥有业内最强最全的AI计算产品阵列,浪潮AGX-5是全球最高性能的AI计算主机之一、AGX-2是性能密度最高的服务器。

浪潮信息创立JDM构建行业优势,销售额国内第一全球第三。考虑到服务器产业从原来的标准化模式向大规模定制化模式转变,浪潮信息创造了JDM(Join Design Manufacture)联合开发模式,与用户产业链融合,提供全程定制化的产品和服务,可快速将客户需求转化为产品。

JDM模式使得产品更加贴合互联网厂商的需求,进一步增加了客户粘性。截止至2019年,浪潮信息服务器销售额列中国第一全球第三,且连续多年维持增速第一。同时,浪潮信息在2017-2019连续三年AI服务器以过半市场份额的绝对优势稳居中国市场第一。

 

(三)联想

 

2019年,联想联合全球HPC领域一些知名企业,创建“E级计算愿景委员会”,致力于解决技术难题,使E级,也就是百亿亿次每秒运算能力的超级计算机推广到全球。

在2020世界超算排名榜单TOP500中,联想毫无悬念地蝉联部署数量第一,联想交付的超算贡献总算力超过35.5亿亿次,位列全球第二。

以单台的浮点运算来看,联想为德国莱布尼茨超算中心设计制造的超算“SuperMUC-NG”位列第13,认证计算能力为1.9亿亿次每秒浮点运算能力(19.476PFLOPs),联想在超高性能超算研发领域同样具有世界领先水平。

 

五、总结

 

中国是继美国之后第二个可以独立样子千万亿次超级计算机的国家。在2016年,超级计算机“神威太湖之光”的诞生,标志了我国正式进入超算世界领先地位。和众汇富认为客观地评价中国超算行业对于国家科技发展、经济转型升级和提升公共民生福利的地位和重要作用,将对中国超算行业的决策和后续发展提供坚实的政策基础和实践参考。

 

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