高性能计算 (HPC) 市场规模、份额、增长和行业分析，按类型（本地、云）、按应用（学术研究、生物科学、CAE、国防、EDA/IT、金融服务、政府、其他）、区域见解和预测到 2033 年

高性能计算 (HPC) 市场概览

2024年高性能计算（HPC）市场规模为330.5698亿美元，预计到2033年将达到445.1878亿美元，2025年至2033年复合年增长率为3.4%。

随着多个行业的数据密集型应用程序的增加，高性能计算 (HPC) 市场持续快速扩张。到 2024 年，全球有超过 650 个组织使用计算能力超过 1,000 万亿次浮点运算的 HPC 系统。在人工智能工作负载、天气模拟和基因组分析的推动下，顶级数据中心部署的 HPC 总容量超过了 9 exaflops。支持实时分析的HPC系统数量同比增长31%，集成CPU-GPU架构的混合计算集群同比增长43%。大约 28% 新安装的 HPC 系统支持量子模拟框架。市场还见证了超过 52,000 个高密度计算节点的出货量，以及超过 110,000 个专用加速器部署在研究中心。仅 2024 年，HPC 平台就处理了超过 2.3 ZB 的数据。 Tier-1超级计算站点的平均功耗达到23MW，通过液冷和人工智能辅助的工作负载平衡，效率基准提高了12%。自动驾驶汽车测试、太空探索和气候预测领域部署的增加增加了对模块化、可扩展和能源优化的 HPC 系统的需求。

主要发现

司机：各行业越来越多地采用人工智能、机器学习和模拟技术。

国家/地区：美国的安装量领先，占全球 HPC 系统部署的 34%。

部分：由于可扩展性和可访问性，基于云的 HPC 占据了主导份额。

高性能计算 (HPC) 市场趋势

2024 年，HPC 市场将加速采用基于云的混合计算模型。全球部署了超过 310,000 个 HPC 云实例，高于 2023 年的 228,000 个。公共云提供商为生物科学、汽车设计和能源预测领域的 HPC 工作负载提供了超过 180 万个计算小时。容器化 HPC 解决方案的需求增长了 47%，在 36,000 个新应用程序中实现了基于微服务的架构集成。 GPU和AI加速器的集成激增，新部署了64,000个基于GPU的集群。 NVIDIA 的 A100 芯片和 AMD 的 MI300 芯片在安装量方面占据主导地位，超过 80% 的新部署依赖于这些芯片组。在量子计算方面，超过 125 家机构采用了量子就绪 HPC 基础设施，其中 19 所大学使用经典节点和量子节点运行混合模拟。

绿色计算也占据了中心舞台。大约 230 台超级计算机实施了直接芯片液体冷却系统，减少了高达 31% 的热能浪费。每个节点支持超过 10 PB 的软件定义存储解决方案增长了 38%。开源 HPC 软件堆栈受到关注，已有 57,000 个集成 SLURM、OpenMPI 和 Lustre 的部署用于编排和存储优化。私营企业，特别是金融科技和生物科技领域的私营企业，增加了使用量。超过 6,700 家公司使用 HPC 来模拟财务模型，超过 8,400 家公司使用分子建模来进行药物发现。各国政府委托设立了 44 个新的国家超级计算中心，其中欧洲和亚太地区各贡献了 17 个。对百亿亿次计算的需求超过了 11 exaflops，有 6 个全球项目跨越了 1 exaflop 阈值。实时灾难建模、高速碰撞模拟和 3D 地理空间测绘成为高级 HPC 系统的关键应用。

高性能计算 (HPC) 市场动态

司机

"各行业越来越多地采用人工智能、模拟和机器学习"

人工智能、机器学习和深度学习技术引发了对更快计算的爆炸性需求。 2024 年，超过 910 万个人工智能模型训练作业在 HPC 系统上执行。新的 CPU-GPU 架构使平均作业运行时间减少了 38%。国防、航空航天和气象领域的仿真建模增长了 27%，每次仿真产生的工作负载平均为 3.2 teraflops。汽车制造商使用 HPC 平台进行了超过 50,000 次碰撞模拟测试。在金融服务领域，排名前 25 的机构中有 22 家实施了 HPC 来加速蒙特卡罗模拟。计算密集型应用程序的兴起迫使企业迁移到可扩展的模块化 HPC 平台。

克制

"高基础设施成本和能源需求"

尽管得到快速采用，HPC 系统仍然是资本密集型的​​。单个百亿亿级系统可能消耗超过 25 兆瓦的电力，仅基础设施一项的成本就超过 5 亿美元。 2024 年，由于组件短缺，每 petaflop 的平均部署成本增加了 17%。液体冷却和专门的电力输送提高了 480 多个新安装的基础设施的复杂性。能源成本占一级设施总 TCO 的 26%。由于能源效率低下，全球有 320 个项目被推迟或缩小规模。 HPC 软件堆栈的许可成本也飙升了 19%，进一步限制了中小企业的预算。

机会

"云原生 HPC 和边缘集成的扩展"

到 2024 年，向云原生 HPC 服务的转变将为超过 65,000 名新用户提供可扩展的访问。基于云的服务实现了灵活的资源配置，全球数据中心的突发容量达到每小时 600 万个 vCPU。 Edge-HPC 集成在工业自动化和智能电网中实现了 9,700 个新部署。汽车 OEM 在测试实验室安装了 1,200 个边缘 HPC 单元以进行实时性能分析。医疗保健应用采用 3,300 个边缘节点进行基因组学和远程诊断。通过容器化平台联合本地和云集群的能力为研究实验室、数字孪生建模和航空航天工程项目提供了重大机遇。

挑战

"软件复杂性和技能短缺"

HPC 系统的运行需要高技能的人员。到 2024 年，超过 41% 的组织将有限的 HPC 技能视为其最大限制。集群资源配置错误导致 3,500 多个安装的平均效率损失 23%。 CPU-GPU 工作负载之间的兼容性问题导致 8,400 个作业队列延迟。中间件专家和并行编程专家的短缺影响了 12,200 个部署计划。此外，软件环境需要频繁打补丁——在 OpenHPC 和 Singularity 等流行平台上发布了超过 17,000 个漏洞修复程序。管理 Kubernetes、SLURM 和工作流引擎等编排工具的陡峭学习曲线增加了复杂性，特别是对于学术和小型工业团队而言。

高性能计算 (HPC) 市场细分

HPC 市场按类型和应用进行细分，满足从学术界到航空航天领域的各种用户需求。

按类型

• 本地部署：到 2024 年，本地系统占全球部署的 41%。大约 5,800 个组织投资了平均计算能力超过 5 petaflops 的私有 HPC 集群。这些系统受到需要数据主权的政府国防实验室、石油和天然气公司以及专有研究机构的青睐。能源和基础设施限制限制了电网接入容量超过 3 MW 的设施的安装。大约 2,900 个装置安装在专门建造的 Tier-3+ 数据中心内。
• 云：基于云的 HPC 系统占据了 59% 的市场需求，并由超过 310 万个虚拟计算节点提供支持。基于容器的 HPC 集群增长了 48%。云原生平台使 34,000 个研发中心和中小企业无需拥有硬件即可获得高端计算服务。基于使用情况的定价模型和灵活的扩展在金融服务、媒体渲染和制药模拟领域得到了广泛采用。

按申请

• 学术研究：超过 1,200 所大学和机构使用 HPC 进行天气预报、宇宙学和材料科学模拟。排名前 100 的大学的 HPC 职位队列增加了 42%。
• 生物科学：超过 8,400 个组织进行了基因组测序、蛋白质折叠和流行病学建模。系统每周处理 120 亿次基因组读取。
• CAE（计算机辅助工程）：汽车和航空航天领域每月使用 HPC 系统处理超过 76,000 个 FEA 和 CFD 模型。
• 国防：国防实验室将全球 HPC 容量的 18% 用于导弹弹道、网络防御和模拟兵棋推演，其中 39 台超级计算机分配给军事应用。
• EDA/IT：超过 4,300 家半导体公司使用 HPC 进行芯片设计，到 2024 年将产生 110 万小时的仿真时间。
• 金融服务：6,700 家公司使用 HPC 进行风险分析、欺诈检测和算法交易，每月消耗 74 亿个计算周期。
• 政府：政府资助了 600 多个 HPC 中心，用于公共卫生建模、气候变化模拟和能源转型项目。
• 其他：其余应用包括游戏、动画渲染和结构分析，有 3,200 个集群专用于这些用例。

高性能计算 (HPC) 市场区域展望

2024 年，HPC 市场在主要地区表现强劲，每个地区都贡献了独特的增长动力。

• 北美

占据最大份额，其中美国部署了 22,000 多个系统。联邦倡议增加了 19 个新的超级计算中心，支持国防、生物医学和清洁能源研究。加拿大机构采用了 1,800 个 HPC 节点进行气候分析和学术研究。跨境 AI 和 5G 研究合作推动云 HPC 联合使用量增长 36%。

• 欧洲

其次，安装量超过 18,000 台。德国和法国总共添加了 7,100 个专注于气候、健康和空间模拟的集群。欧盟资助了 11 项百万兆级举措。英国在金融科技和制药研发实验室部署了 3,200 个系统。斯堪的纳维亚国家在可持续能源项目中利用了 3,000 多个 HPC 系统。

• 亚太

实现了快速增长，部署数量超过 29,000 个。中国以 14,700 个新系统领先，特别是在智慧城市和量子模拟研究方面。日本和韩国在机器人、基因组学和天气预报领域总共部署了 8,200 个集群。印度在学术和国防领域新增了 4,900 个装置，提高了产能。

• 中东和非洲

稳步扩张，安装数量达到 4,100 台。沙特阿拉伯和阿联酋有 2,700 个系统用于石油勘探和智慧城市开发。南非部署了 600 个集群来支持基因组学和天体物理学。埃及和肯尼亚共同向国家科学网络添加了 800 个系统。

高性能计算 (HPC) 公司名单

• AMD
• 日本电气公司
• 惠普
• 曙光
• 富士通
• 英特尔
• 国际商业机器公司
• 微软
• 戴尔
• 克雷
• 联想
• 亚马逊网络服务
• 机架空间

慧与：到 2024 年，将提供超过 9,500 个 HPC 系统，在全球国防和学术设施中占据主导地位。

英特尔：占所有 HPC 处理器出货量的 46% 以上，为超过 29,000 个新集群提供支持。

投资分析与机会

在人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 和各行业数据密集型应用进步的推动下，高性能计算 (HPC) 市场正在经历显着增长。这一激增吸引了公共和私营部门的大量投资，旨在增强计算能力和基础设施。 2024年，全球HPC市场价值约为543.9亿美元，预计到2032年将达到1099.9亿美元，复合年增长率（CAGR）为9.2%。这种增长是由医疗保健、金融和航空航天等领域对处理大型数据集、科学模拟和复杂计算的需求不断增长推动的。一项值得注意的投资是麦格理资产管理公司承诺为 Applied Digital 的 HPC 数据中心投资高达 50 亿美元，其中包括立即向北达科他州埃伦代尔园区投资 9 亿美元。这一战略举措凸显了对不断扩大的 HPC 基础设施的信心。此外，欧盟的 EuroHPC 联合计划已在 2021 年至 2027 年期间拨款约 70 亿欧元，用于在欧洲开发世界级的超级计算生态系统。这包括用于购买和运营 HPC 基础设施以及开发 AI 功能的资金。在私营部门，像 CoreWeave 这样的公司已经显着扩展了他们的 HPC 能力，截至 2025 年运营着 32 个数据中心，总共拥有 250,000 个 GPU。这种扩展支持了对需要高计算能力的 AI 和 ML 应用程序不断增长的需求。 HPC与云服务的整合也正在创造投资机会。在基于云的解决方案的可扩展性和成本效益的推动下，全球高性能计算即服务 (HPCaaS) 市场预计将从 2024 年的 388.2 亿美元增长到 2034 年的 721.2 亿美元。量子计算和边缘计算等新兴技术有望进一步改变 HPC 格局。预计对这些领域的投资将增强处理能力并开辟新的创新途径。总之，在技术进步和对高速数据处理日益增长的需求的支持下，高性能计算市场提供了强劲的投资机会。利益相关者正专注于扩展基础设施、集成人工智能和云服务以及探索新兴计算范式，以满足各行业不断变化的需求。

新产品开发

在人工智能、科学研究和工业应用需求不断增长的推动下，HPC 市场在 2024 年和 2025 年经历了显着进步。领先的公司推出了创新产品来满足这些不断变化的需求。英特尔推出了第六代至强处理器，包括 Granite Rapids 和 Sierra Forest。 Granite Rapids 具有多达 128 个性能核心（P 核心），而 Sierra Forest 提供多达 288 个效率核心（E 核心），可满足不同的 HPC 工作负载。这些处理器支持 DDR5 内存和 PCIe 5.0，增强 HPC 应用程序的数据吞吐量和能源效率。 Cerebras Systems 推出了第三代 Wafer Scale Engine (WSE-3) 芯片，包含 90 万个 AI 优化核心和 4 万亿个晶体管。 WSE-3 为 CS-3 系统提供动力，大大缩短了大型 AI 模型的训练时间。 CS-3 能够在 24 小时内训练 Llama2-70B 等模型，使其成为 HPC 框架中最快的 AI 加速器之一。澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 推出了“Virga”，这是一个价值 1500 万美元的超级计算系统，采用 Dell PowerEdge XE9640 服务器构建。 Virga 配备 NVIDIA H100 GPU 和 Intel Xeon 处理器，旨在加速医学成像、机器人和环境建模领域的 AI 工作负载。该系统采用液体冷却来提高能源效率，位于堪培拉的 CDC 休姆数据中心。 Panasas 更名为 VDURA，将重点从硬件转向针对 AI 和 HPC 工作负载进行优化的软件定义存储解决方案。 VDURA 的新数据平台旨在提高性能和能源效率，满足 HPC 数据基础设施不断变化的需求。

这些发展反映了 HPC 行业对提高计算能力、能源效率以及支持各个领域的人工智能驱动应用程序的承诺。

近期五项进展

• 2024 年，英特尔推出了第六代至强处理器：Granite Rapids 和 Sierra Forest。 Granite Rapids 包含多达 128 个性能核心（P 核心），而 Sierra Forest 支持多达 288 个效率核心（E 核心）。这两款处理器均支持 DDR5 和 PCIe 5.0，旨在为 AI 和 HPC 密集型工作负载提供更高的性能和可扩展性，从而提高数据中心的吞吐量并减少延迟。
• 联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 推出了价值 1500 万美元的超级计算系统，名为“Virga”。 Virga 采用 NVIDIA H100 GPU 和 Intel Xeon CPU 构建，针对基于人工智能的医学研究、机器人和环境模拟进行了优化。它位于堪培拉，具有先进的液体冷却系统，支持数百千万亿次的计算能力。
• Cerebras Systems 推出了 WSE-3 芯片，包含 90 万个 AI 优化核心和 4 万亿个晶体管。 WSE-3 为 CS-3 系统提供动力，大大缩短了大型 AI 模型的训练时间。 CS-3 能够在 24 小时内训练 Llama2-70B，使其成为 HPC 框架中最快的 AI 加速器之一。
• 市场分析显示，2024 年 HPC 和 AI 市场合计比上一年增长 23.5%。这种扩张归因于企业和政府对百亿亿次计算、人工智能培训基础设施和量子就绪系统的投资增加，特别是在亚太和北美地区。
• 作为一项重大战略举措，Panasas 更名为 VDURA，并从传统的 HPC 硬件解决方案过渡到软件定义的存储平台。新架构旨在优化人工智能和混合高性能计算环境中的数据工作流程，重点关注下一代超级计算应用程序的可扩展性、性能和能源效率。

高性能计算 (HPC) 市场的报告覆盖范围

该报告对全球高性能计算 (HPC) 市场进行了详细的数据驱动分析，涵盖所有关键组件、部署模型和最终用户细分市场。它提供了对影响政府、学术界、国防、生物科学、工程、金融和制造等部门 HPC 发展的技术、系统和应用程序的全面见解。该报告的范围包括全系列 HPC 硬件，例如超级计算机、高性能服务器、加速器（GPU、FPGA）、互连和高速存储系统。 2024 年，我们对全球超过 320,000 台服务器进行了分析，主要数据中心安装了超过 500,000 个加速器单元。该报告还评估了软件环境，包括编排工具（SLURM、Kubernetes）、编译器、并行编程库、模拟引擎和性能分析平台。部署模型分为本地 HPC、基于云的 HPC 和混合 HPC 环境。到 2024 年，云 HPC 使用量将超过 310 万个虚拟核心，而本地超级计算中心的总容量将超过 11 exaflops。该分析涵盖数据中心设计和基础设施趋势，包括液体冷却、能源效率和模块化可扩展性。

区域分析涵盖北美、欧洲、亚太地区、中东和非洲。它研究了地理趋势、政府举措、公私伙伴关系和特定部门的部署模式。 2024 年，北美地区的 HPC 系统数量超过 22,000 套，亚太地区紧随其后，数量为 29,000 套，而欧洲则达到 18,000 套。非洲和中东总共部署了 4,000 个系统，显示智能基础设施和科学研究的加速采用。市场细分按应用类型详细划分：学术研究、生物科学、CAE、国防、EDA/IT、金融服务、政府等。超过 8,400 家生物科学组织使用 HPC 进行基因测序，而 6,700 家金融机构则将其用于算法交易和风险建模。国防应用程序占用了全球 HPC 容量的 18%，具有专门的模拟和网络防御工作负载。该报告介绍了 13 家主要 HPC 公司，详细介绍了产品组合、市场占有率、技术进步和系统部署。英特尔在处理器单元出货量方面处于领先地位，为超过 29,000 个集群提供支持，而 HPE 在全球部署了 9,500 个 HPC 系统。其中包括关键的公司战略、最近的合并和创新路线图，以提供竞争格局。此外，该报告还涵盖了量子计算、人工智能增强型 HPC、边缘 HPC 融合和仿真即服务平台等新兴趋势。跟踪了 90 多种新产品的发布，包括 Intel Xeon 6、Cerebras WSE-3 和 NVIDIA Grace Hopper 系统。投资见解包括针对 HPC 基础设施和云原生平台的超过 50 亿美元的公共资金和 32 亿美元的私募股权。