Exascale Hochleistungsrechner-Marktbericht 2025: Wachstumsfaktoren, technologische Innovationen und globale Vorhersagen enthüllen. Entdecken Sie wichtige Trends, wettbewerbliche Dynamiken und strategische Möglichkeiten, die die nächste Ära von HPC gestalten.

• Zusammenfassung & Marktübersicht
• Wichtige Technologietrends in Exascale HPC (2025–2030)
• Wettbewerbslandschaft und führende Akteure
• Marktwachstumsprognosen und Umsatzprognosen (2025–2030)
• Regionale Analyse: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und Rest der Welt
• Zukünftige Perspektiven: Neue Anwendungen und Investitionsschwerpunkte
• Herausforderungen, Risiken und strategische Möglichkeiten
• Quellen & Referenzen

Zusammenfassung & Marktübersicht

Exascale Hochleistungsrechnen (HPC) bezieht sich auf Computersysteme, die in der Lage sind, mindestens eine Exaflop, oder eine Billion Billionen (10¹⁸) Berechnungen pro Sekunde, auszuführen. Dieser Sprung in der Rechenleistung markiert einen transformierenden Meilenstein für wissenschaftliche Forschung, künstliche Intelligenz, Klimamodellierung und fortgeschrittene Ingenieurtechnik. Im Jahr 2025 wächst der globale Exascale HPC-Markt rasant, begünstigt durch die steigende Nachfrage nach datenintensiven Anwendungen und die Notwendigkeit von Echtzeitanalysen in Bereichen wie Gesundheitswesen, Energie und Verteidigung.

Der Einsatz von Exascale-Systemen verändert die Wettbewerbslandschaft des Supercomputings. Die Vereinigten Staaten, China, Japan und die Europäische Union führen das Rennen an und investieren erheblich in nationale Exascale-Initiativen. Im Jahr 2023 startete die USA ihr erstes Exascal-System, Frontier, am Oak Ridge National Laboratory und erreichte über 1,1 Exaflops. China und die EU werden voraussichtlich bis 2025 ihre eigenen Exascale-Systeme in Betrieb nehmen, was den globalen Wettbewerb und die Zusammenarbeit in der HPC-Forschung und -Infrastrukturentwicklung intensiviert.

Laut Gartner wird der weltweite HPC-Markt bis 2025 voraussichtlich 55 Milliarden US-Dollar erreichen, wobei Exascale-Systeme einen wachsenden Anteil dieses Wertes ausmachen. Der Markt zeichnet sich durch robuste Investitionen sowohl aus dem öffentlichen als auch aus dem privaten Sektor aus, wobei Technologieriesen wie Intel, AMD, NVIDIA und Hewlett Packard Enterprise entscheidende Rollen bei der Hardware- und Softwareinnovation spielen.

• Zu den Haupttreibern gehören die Verbreitung von KI- und maschinellen Lernarbeiten, der Bedarf an fortgeschrittener Simulation in der wissenschaftlichen Forschung und die wachsende Komplexität der Big-Data-Analyse.
• Herausforderungen bestehen in der Energieeffizienz, Systemzuverlässigkeit und Software-Skalierbarkeit, was anhaltende F&E in neuartigen Architekturen und Kühllösungen erforderlich macht.
• Staatliche Fördermittel und internationale Kooperationen beschleunigen den Prozess der Exascale-Adaption, mit strategischen Initiativen wie dem US Exascale Computing Project und dem EU EuroHPC Joint Undertaking.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 2025 ein entscheidendes Jahr für Exascale HPC markiert, da die Technologie außergewöhnliche Fähigkeiten in verschiedenen Branchen und Forschungsbereichen freisetzen wird und gleichzeitig neue Herausforderungen und Chancen für Marktteilnehmer bietet.

Wichtige Technologietrends in Exascale HPC (2025–2030)

Exascale Hochleistungsrechnen (HPC) steht kurz davor, die wissenschaftliche Entdeckung, das Ingenieurwesen und die künstliche Intelligenz zu revolutionieren, indem es Systeme bereitstellt, die in der Lage sind, mindestens eine Exaflop (10¹⁸ Fließkommaoperationen pro Sekunde) auszuführen. Während die ersten Exascale-Systeme 2025 in Betrieb genommen werden, zeichnen sich mehrere Schlüsseltechnologietrends ab, die die Landschaft für den Rest des Jahrzehnts prägen.

• Heterogene Architekturen: Die Integration von CPUs, GPUs und spezialisierten Beschleunigern wird in Exascale-Systemen zum Standard. Dieser heterogene Ansatz ermöglicht eine optimierte Leistung für verschiedene Arbeitslasten, von traditionellen Simulationen bis hin zu KI und Datenanalysen. Zum Beispiel nutzt der Frontier-Supercomputer am Oak Ridge National Laboratory AMD CPUs und GPUs und setzt damit einen Präzedenzfall für zukünftige Exascale-Einsätze.
• Energieeffizienz und Kühlung: Der Energieverbrauch ist eine kritische Einschränkung im Exascale-Bereich. Innovationen in der Flüssigkeitskühlung, dem fortgeschrittenen Energiemanagement und dem energieeffizienten Chipdesign sind entscheidend. Laut TOP500 erreichen die energieeffizientesten Supercomputer derzeit über 60 Gigaflops pro Watt, ein Trend, der sich beschleunigen dürfte, da Nachhaltigkeit zur Priorität wird.
• Fortschrittliche Interconnects: Hochbandbreiten- und Niedriglatenz-Interconnects wie NVIDIA’s NVLink, AMD’s Infinity Fabric und maßgeschneiderte Lösungen von Intel sind entscheidend, um die Leistung über Millionen von Kernen hinweg zu skalieren. Die Verwendung von optischen Interconnects und Siliziumphotonik wird voraussichtlich weitere Engpässe bei der Datenübertragung reduzieren.
• KI-Integration: Exascale-Systeme werden zunehmend für KI-Arbeitslasten optimiert, mit spezieller Hardware für maschinelles Lernen und tiefes Lernen. Diese Konvergenz treibt neue Software-Frameworks und Co-Design-Bemühungen voran, wie von NERSC hervorgehoben.
• Software- und Programmiermodelle: Die Komplexität der Exascale-Hardware erfordert neue Programmierparadigmen und Softwaretools. Open-Source-Initiativen und Branchenkooperationen, wie das Exascale Computing Project, entwickeln skalierbare Bibliotheken, Leistungsanalyse-Tools und portable Programmiermodelle, um die Systemnutzung zu maximieren.

Diese Trends definieren zusammen den Verlauf von Exascale HPC ab 2025 und ermöglichen Durchbrüche in der Klimamodellierung, Genomik, Materialwissenschaften und darüber hinaus.

Wettbewerbslandschaft und führende Akteure

Die Wettbewerbslandschaft des Exascale Hochleistungsrechner-Marktes (HPC) im Jahr 2025 ist geprägt von intensivem Wettbewerb unter einer ausgewählten Gruppe globaler Technologieführer, die alle bestrebt sind, die fortschrittlichsten, energieeffizientesten und skalierbarsten Exascale-Systeme zu liefern. Der Markt wird hauptsächlich von staatlich unterstützten Initiativen, den Anforderungen der wissenschaftlichen Forschung und dem wachsenden Bedarf an datenintensiven Anwendungen in den Bereichen künstliche Intelligenz, Klimamodellierung und Lebenswissenschaften angetrieben.

Zu den Hauptakteuren, die den Bereich Exascale HPC dominieren, gehören die Intel Corporation, Advanced Micro Devices (AMD), NVIDIA Corporation, IBM Corporation und Hewlett Packard Enterprise (HPE). Diese Unternehmen sind führend in der Innovation von Prozessoren, Beschleunigern und Systemarchitekturen und arbeiten häufig mit nationalen Laboren und Supercomputing-Zentren zusammen.

• Intel Corporation und HPE haben sich zusammengeschlossen, um das Exascale-System „Aurora“ am Argonne National Laboratory bereitzustellen, welches Intel Xeon CPUs und Ponte Vecchio GPUs nutzt. Diese Zusammenarbeit unterstreicht Intels Engagement für heterogenes Rechnen und fortschrittliche Interconnects.
• AMD hat seine Position durch den Supercomputer „Frontier“ am Oak Ridge National Laboratory gefestigt, der im Jahr 2025 weiterhin eines der schnellsten Exascale-Systeme der Welt bleibt. Die EPYC CPUs und Instinct GPUs von AMD stehen im Zentrum dieses Erfolgs und heben die Fähigkeiten des Unternehmens in energieeffizienten Architekturen mit hoher Kernanzahl hervor.
• NVIDIA erweitert weiterhin seinen Einfluss mit seinem Grace Hopper Superchip und fortschrittlichen GPU-Technologien, die mehrere Exascale-Systeme antreiben und KI-zentrierte Arbeitslasten sowohl in Forschungs- als auch in Unternehmensumgebungen unterstützen.
• IBM behält eine starke Präsenz durch seine Power-Prozessoren und das OpenPOWER-Ökosystem, oft in Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen für maßgeschneiderte Exascale-Einsätze.

Die wettbewerbliche Dynamik wird zudem von internationalen Akteuren wie Fujitsu (insbesondere mit dem Fugaku-System in Japan) und Sugon sowie Lenovo in China geprägt, die schnell eine einheimische Exascale-Fähigkeit vorantreiben. Strategische Allianzen, staatliche Fördermittel und die Entwicklung proprietärer Technologien sind wichtige Unterscheidungsmerkmale in diesem Markt. Laut TOP500 wird die Anzahl der Exascale-Systeme voraussichtlich steigen, was den Wettbewerb intensiviert und die Innovation im Sektor beschleunigt.

Marktwachstumsprognosen und Umsatzprognosen (2025–2030)

Der Exascale Hochleistungsrechner-Markt (HPC) steht im Jahr 2025 vor einer bedeutenden Expansion, die durch die steigende Nachfrage nach fortgeschrittenen Rechenkapazitäten in der wissenschaftlichen Forschung, der künstlichen Intelligenz (KI) und industriellen Anwendungen angetrieben wird. Schätzungen von Gartner zufolge wird erwartet, dass die globalen IT-Ausgaben steigen, wobei ein nennenswerter Anteil auf die HPC-Infrastruktur entfällt, da Organisationen versuchen, Exascale-Systeme für komplexe Simulationen und datenintensive Arbeitslasten zu nutzen.

Marktforschung von MarketsandMarkets schätzt, dass der globale HPC-Markt bis 2025 etwa 56 Milliarden US-Dollar erreichen wird, wobei Exascale-Systeme einen schnell wachsenden Segment darstellen. Der Übergang zum Exascale-Rechnen – definiert als Systeme, die in der Lage sind, mindestens eine Exaflop oder eine Billion Billionen Berechnungen pro Sekunde durchzuführen – wird voraussichtlich beschleunigt, gefördert durch staatliche Investitionen und öffentlich-private Partnerschaften. Zum Beispiel werden die Exascale-Initiativen des US-Energieministeriums und ähnliche Programme in Europa und Asien voraussichtlich das Marktwachstum katalysieren und Innovationen in Hardware- und Software-Ökosystemen fördern.

• Umsatzprognosen: Branchenanalysten sagen voraus, dass die Exascale HPC-Umsätze einen erheblichen Anteil am Gesamt-HPC-Markt bis 2025 ausmachen werden, mit jährlichen Umsätzen aus Exascale-Systemen und zugehörigen Dienstleistungen, die voraussichtlich weltweit 5 Milliarden US-Dollar überschreiten werden. Dieses Wachstum wird durch die zunehmende Akzeptanz in Sektoren wie Klimamodellierung, Genomik und Entwicklung autonomer Fahrzeuge untermauert.
• Wachstumsfaktoren: Zu den wichtigsten Faktoren, die die Markterweiterung antreiben, gehören die Verbreitung von KI- und maschinellen Lernarbeiten, der Bedarf an Echtzeitanalysen und die zunehmende Komplexität wissenschaftlicher Forschung. Die Integration von Exascale-Systemen mit cloudbasierten HPC-Lösungen wird ebenfalls erwartet, um den Marktzugang zu verbreitern und neue Einnahmequellen zu schaffen.
• Regionale Perspektive: Nordamerika wird voraussichtlich seine Führungsposition bei der Bereitstellung von Exascale HPC halten, gefolgt von Europa und Asien-Pazifik, wo erhebliche Investitionen in nationale Supercomputing-Initiativen getätigt werden (TOP500).

Zusammenfassend gesagt, markiert 2025 ein entscheidendes Jahr für Exascale HPC, mit robustem Umsatzwachstum und Markterweiterung, während Organisationen weltweit das transformative Potenzial des Exascale-Rechnens nutzen, um zunehmend komplexe rechenbezogene Herausforderungen zu bewältigen.

Regionale Analyse: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und Rest der Welt

Der globale Exascale Hochleistungsrechner-Markt (HPC) erlebt eine signifikante regionale Differenzierung, die durch staatliche Investitionen, industrielle Nachfrage und technologische Infrastruktur getrieben wird. Im Jahr 2025 zeigen Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und der Rest der Welt (RoW) jeweils einzigartige Dynamiken, die die Adoption und Expansion von Exascale HPC-Systemen prägen.

• Nordamerika: Die Vereinigten Staaten bleiben führend im globalen Exascale HPC, unterstützt durch beträchtliche staatliche Fördermittel und strategische Initiativen wie das Exascale Computing Project. Die Bereitstellung von Systemen wie „Frontier“ und „Aurora“ an nationalen Laboren unterstreicht das Engagement der Region für wissenschaftliche Forschung, Verteidigung und künstliche Intelligenz (U.S. Department of Energy). Auch der private Sektor, einschließlich Technologieriesen und Cloud-Anbieter, investiert erheblich in Exascale-Fähigkeiten, um fortgeschrittene Analysen und maschinelles Lernen zu unterstützen (IBM).
• Europa: Die Europäische Union beschleunigt ihre Exascale-Ambitionen durch das EuroHPC Joint Undertaking, das darauf abzielt, ein souveränes HPC-Ökosystem aufzubauen und die Abhängigkeit von nicht-europäischen Technologien zu verringern. Der Start des Exascale-Systems „JUPITER“ in Deutschland markiert einen Meilenstein, mit Anwendungen in der Klimamodellierung, der Arzneimittelentdeckung und der industriellen Innovation (EuroHPC Joint Undertaking). Kollaborative F&E und grenzüberschreitende Partnerschaften sind zentral für Europas Strategie, unterstützt durch erhebliche öffentliche Mittel.
• Asien-Pazifik: China und Japan stehen an der Spitze des Exascale HPC in Asien-Pazifik. Chinas „Sunway“- und „Tianhe“-Projekte, unterstützt durch staatliche Investitionen, konzentrieren sich auf nationale Sicherheit, Wettervorhersage und Genomik (National Natural Science Foundation of China). Der supercomputer „Fugaku“ von Japan, entwickelt von RIKEN und Fujitsu, treibt weiterhin Durchbrüche in der Pandemiemodellierung und Materialwissenschaft voran (RIKEN). Die regionalen Regierungen priorisieren Exascale als Grundpfeiler der digitalen Transformation und der wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit.
• Rest der Welt: Während die Einführung in den Anfängen steckt, erkunden Länder im Nahen Osten und Lateinamerika Exascale HPC für Energie-, Gesundheits- und Smart-City-Anwendungen. Die Investitionen sind oft an Partnerschaften mit etablierten Anbietern und internationalen Forschungs-Konsortien gebunden (Hewlett Packard Enterprise).

Insgesamt ist 2025 von intensivem Wettbewerb und Zusammenarbeit zwischen den Regionen geprägt, wobei Exascale HPC als strategisches Gut für wissenschaftliche Führung, wirtschaftliches Wachstum und technologische Souveränität emerging.

Zukünftige Perspektiven: Neue Anwendungen und Investitionsschwerpunkte

Die zukünftigen Perspektiven für Exascale Hochleistungsrechnen (HPC) im Jahr 2025 sind geprägt von einem Anstieg neuer Anwendungen und einem dynamischen Wandel in den globalen Investitionsschwerpunkten. Während Exascale-Systeme – die in der Lage sind, mindestens eine Exaflop oder eine Billion Billionen Berechnungen pro Sekunde durchzuführen – in Betrieb genommen werden, wird ihr transformatives Potenzial in mehreren Sektoren realisiert.

Neue Anwendungen breiten sich schnell über die traditionelle wissenschaftliche Forschung hinaus aus. Im Jahr 2025 wird erwartet, dass Exascale HPC eine entscheidende Rolle in der künstlichen Intelligenz (KI) und im maschinellen Lernen spielt, indem es das Training von großangelegten Modellen mit beispielloser Geschwindigkeit und Genauigkeit ermöglicht. Dies ist besonders relevant für die Verarbeitung natürlicher Sprache, die Arzneimittelentdeckung und die Klimamodellierung, wo die Fähigkeit, riesige Datensätze in Echtzeit zu verarbeiten, entscheidend ist. Beispielsweise wird erwartet, dass das Exascale-Rechnen die Entwicklung digitaler Zwillinge für komplexe Systeme, wie ganze Städte oder fortgeschrittene Herstellungsprozesse, beschleunigt und dabei Echtzeitsimulationen und Optimierungsfähigkeiten bereitstellt TOP500.

Im Energiesektor werden Exascale-Systeme für die Forschung an neuen Materialien, Simulationen der Kernfusion und die Optimierung erneuerbarer Energien eingesetzt. Auch das Gesundheitswesen und die Genomik profitieren, da das Exascale-Rechnen Analysen auf Bevölkerungsebene und Initiativen zur personalisierten Medizin ermöglicht (HPCwire).

Die Investitionsschwerpunkte verschieben sich, da Regierungen und private Unternehmen die strategische Bedeutung der Exascale-Fähigkeiten erkennen. Die Vereinigten Staaten, durch Initiativen wie das Exascale Computing Project, bleiben führend, aber auch in China, der Europäischen Union und Japan werden erhebliche Investitionen getätigt. Chinas „E-Level“-Supercomputing-Projekte und das EU-EuroHPC Joint Undertaking lenken Milliarden in die Entwicklung von Exascale-Infrastrukturen und -Ökosystemen EuroHPC Joint Undertaking. Gleichzeitig investieren Cloud-Service-Anbieter und Halbleiterunternehmen zunehmend in Technologien, die Exascale ermöglichen, wie fortschrittliche Prozessoren, Beschleuniger und Interconnects (Intel).

• KI-gesteuerte wissenschaftliche Entdeckung und digitale Zwillinge werden voraussichtlich wichtige Wachstumsbereiche sein.
• Das Gesundheitswesen, die Energie und die Klimawissenschaften werden aufgrund der Exascale-Fähigkeiten eine beschleunigte Innovation erfahren.
• Nordamerika, China und die EU sind die primären Investitionsschwerpunkte, mit zunehmenden Aktivitäten in Japan und Südkorea.
• Die Investitionen des Privatsektors steigen, insbesondere im Bereich der cloudbasierten Exascale-Dienste und spezialisierter Hardware.

Insgesamt wird 2025 ein entscheidendes Jahr für Exascale HPC darstellen, in dem neue Anwendungen und strategische Investitionen die nächste Welle von Computerdurchbrüchen gestalten werden.

Herausforderungen, Risiken und strategische Möglichkeiten

Exascale Hochleistungsrechnen (HPC) stellt einen transformierenden Sprung in der Rechenkapazität dar, der es Systemen ermöglicht, mindestens eine Exaflop oder eine Billion Billionen Berechnungen pro Sekunde durchzuführen. Während sich der globale Wettlauf um die Bereitstellung von Exascale-Systemen intensiviert, sieht sich der Sektor im Jahr 2025 einer komplexen Landschaft von Herausforderungen, Risiken und strategischen Möglichkeiten gegenüber.

Eine der vorrangigen Herausforderungen sind die steigenden Kosten und die Komplexität der Entwicklung von Exascale-Systemen. Das Design, die Integration und der Betrieb von Exascale-Architekturen erfordern erhebliche Kapitalinvestitionen, wobei die Systemkosten oft mehrere hundert Millionen Dollar übersteigen. Diese finanzielle Barriere beschränkt die Teilnahme auf eine Handvoll Regierungen und große Unternehmen, was potenziell die globalen Ungleichheiten beim Zugang zu Computern und Innovationen verschärfen könnte (TOP500).

Technische Risiken sind ebenfalls ausgeprägt. Exascale-Systeme verlangen nach unerhörter Energieeffizienz, da der Energieverbrauch leicht 20 Megawatt pro Installation übersteigen kann. Diese Effizienz zu erreichen, erfordert Durchbrüche im Prozessordesign, in der Speichersystemarchitektur und in Kühltechnologien. Darüber hinaus führt der schiere Umfang von Exascale-Architekturen zu neuen Zuverlässigkeitsbedenken, da Millionen von Komponenten die Wahrscheinlichkeit von Hardwarefehlern erhöhen und robuste Fehlertoleranz- und Fehlerkorrekturmechanismen erforderlich machen (HPCwire).

Die Skalierbarkeit von Software und die Reife des Ökosystems stellen zusätzliche Hürden dar. Viele bestehende wissenschaftliche und industrielle Anwendungen erfordern erhebliche Umstellungen, um das Exascale-Parallelisieren wirksam zu nutzen. Der Mangel an standardisierten Programmiermodellen und Tools für Exascale-Umgebungen erschwert die Softwareentwicklung und -portierung, was die Einführung verlangsamen und die Rendite der Investition für frühe Anwender erheblich beeinträchtigen könnte (Oak Ridge National Laboratory).

Trotz dieser Herausforderungen gibt es auch strategische Chancen. Exascale-Computing ist dazu prädestiniert, Durchbrüche in der Klimamodellierung, Arzneimittelentdeckung, künstlicher Intelligenz und Materialwissenschaften zu beschleunigen, was Wettbewerbsvorteile für Nationen und Organisationen bietet, die bei seiner Bereitstellung führend sind. Der Drang nach Exascale katalysiert zudem Innovationen in der Halbleiterherstellung, Interconnects und energieeffizientem Rechnen, mit positiven Nebeneffekten für die breitere IT-Branche (Intel).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Exascale HPC im Jahr 2025 zwar mit technischen, finanziellen und operativen Risiken belastet ist, es jedoch auch ein einzigartiges Fenster für strategische Führung und technologische Weiterentwicklung bietet für diejenigen, die in der Lage sind, ihre Komplexitäten zu navigieren.

Quellen & Referenzen

• Frontier
• NVIDIA
• EuroHPC Joint Undertaking
• TOP500
• NERSC
• IBM Corporation
• Fujitsu
• Lenovo
• MarketsandMarkets
• RIKEN