Exaskaalinen korkean suorituskyvyn laskentamarkkinaraportti 2025: Kasvun ajurit, teknologiset innovaatiot ja globaalit ennusteet. Tutustu keskeisiin suuntauksiin, kilpailudynamiikkaan ja strategisiin mahdollisuuksiin, jotka muovaavat HPC:n seuraavaa aikakautta.

• Johtopäätös ja markkinan yleiskatsaus
• Keskeiset teknologiset trendit exaskaalisessa HPC:ssä (2025–2030)
• Kilpailutilanne ja johtavat toimijat
• Markkinakasvun ennusteet ja liikevaihtoarviot (2025–2030)
• Alueanalyysi: Pohjois-Amerikka, Eurooppa, Aasia-Tyynimeri ja muu maailma
• Tulevaisuuden näkymät: Uudet sovellukset ja investointikeskukset
• Haasteet, riskit ja strategiset mahdollisuudet
• Lähteet ja viitteet

Johtopäätös ja markkinan yleiskatsaus

Exaskaalinen korkean suorituskyvyn laskenta (HPC) viittaa laskentajärjestelmiin, jotka pystyvät suorittamaan vähintään yhden exaflopin, eli miljardin miljardin (10¹⁸) laskentatehtävän sekunnissa. Tämä loikka laskentatehossa merkitsee mullistavaa merkkipaalua tieteelliselle tutkimukselle, tekoälylle, ilmastomallinnukselle ja edistyneelle insinööritieteelle. Vuoteen 2025 mennessä globaali exaskaalinen HPC-markkina kasvaa nopeasti, mikä johtuu kasvavasta kysynnä dataraskaille sovelluksille ja tarpeesta reaaliaikaiselle analytiikalle sektoreilla kuten terveydenhuolto, energia ja puolustus.

Exaskaalisten järjestelmien käyttöönotto muuttaa superlaskennan kilpailuetua. Yhdysvallat, Kiina, Japani ja Euroopan unioni johtavat kilpailua merkittävillä investoinneilla kansallisiin exaskaalisiin aloitteisiin. Vuonna 2023 Yhdysvallat lanseerasi ensimmäisen exaskaalisen järjestelmänsä, Frontier, Oak Ridge National Laboratoryssa, saavuttaen yli 1,1 exaflopia. Kiinan ja EU:n odotetaan operaationaalistavan omat exaskaalinsa vuoteen 2025 mennessä, mikä lisää globaalista kilpailua ja yhteistyötä HPC-tutkimuksessa ja infrastruktuurin kehittämisessä.

Gartnerin mukaan maailmanlaajuisen HPC-markkinan arvioidaan kasvavan 55 miljardiin dollariin vuoteen 2025 mennessä, ja exaskaalisten järjestelmien osuus tästä arvosta kasvaa. Markkinan luonteenpiirteitä ovat vahvat investoinnit sekä julkiselta että yksityiseltä sektorilta, joissa teknologian jättiläiset kuten Intel, AMD, NVIDIA ja Hewlett Packard Enterprise näyttelevät keskeistä roolia laitteiston ja ohjelmistoinnovaatioissa.

• Keskeisiä ajureita ovat AI- ja koneoppimiskuormitusten lisääntyminen, tarve edistyneelle simulaatiolle tieteellisessä tutkimuksessa ja big data -analytiikan kasvava monimutkaisuus.
• Haasteita esiintyy energiatehokkuudessa, järjestelmän luotettavuudessa ja ohjelmistojen skaalautuvuudessa, mikä kannustaa jatkuvia tutkimus- ja kehitystoimia uusissa arkkitehtuureissa ja jäähdytysratkaisuissa.
• Valtion rahoitus ja kansainväliset yhteistyöt lisäävät exaskaalisen käyttöönoton nopeutta, strategisten aloitteiden, kuten Yhdysvaltojen Exaskaalisen Laskennan Hankkeen ja EU:n EuroHPC-yhteisyrityksen, myötä.

Yhteenvetona, vuosi 2025 merkitsee ratkaisevaa vuotta exaskaaliselle HPC:lle, kun teknologia on valmis avaamaan ennennäkemättömiä kykyjä eri toimialoilla ja tutkimusalueilla, samalla kun se tuo mukanaan uusia haasteita ja mahdollisuuksia markkinatoimijoille.

Keskeiset teknologiset trendit exaskaalisessa HPC:ssä (2025–2030)

Exaskaalinen korkean suorituskyvyn laskenta (HPC) on valmiina muuttamaan tieteellistä löytöä, insinööritiedettä ja tekoälyä tarjoamalla järjestelmiä, jotka pystyvät vähintään yhteen exafloppiin (10¹⁸ liukulukuoperaatiota sekunnissa). Kun ensimmäiset exaskaaliset järjestelmät otetaan käyttöön vuonna 2025, useat keskeiset teknologiset trendit muovaavat tulevat vuodet.

• Heterogeeniset arkkitehtuurit: CPU:iden, GPU:iden ja erikoistuneiden kiihtyvyksien integrointi on tulemassa standardiksi exaskaalijärjestelmissä. Tämä heterogeeninen lähestymistapa mahdollistaa optimoidun suorituskyvyn erilaisille kuormille, perinteisistä simulaatioista AI:hin ja data-analytiikkaan. Esimerkiksi Frontier-superlaskin Oak Ridge National Laboratoryssa hyödyntää AMD:n CPU:ita ja GPU:ita, asettaen ennakkotapauksen tuleville exaskaalijärjestelmille.
• Energiatehokkuus ja jäähdytys: Tehon kulutus on kriittinen rajoite exaskaalassa. Innovaatiot nestejäähdytyksessä, edistyksellisessä energianhallinnassa ja energiatehokkaassa piisironnassa ovat välttämättömiä. TOP500:n mukaan energiatehokkaimmat superlaskimet saavuttavat nyt yli 60 gigafloppia wattia kohti, ja trendin odotetaan kiihtyvän kun kestävyys tulee prioriteetiksi.
• Edistyneet yhdyskäytävät: Korkean kaistanleveyden, matalan viiveen yhdyskäytävät, kuten NVIDIA:n NVLink, AMD:n Infinity Fabric ja Intelin räätälöidyt ratkaisut, ovat kriittisiä suorituskyvyn skaalautumisen kannalta miljoonien ytimen välillä. Optisten yhdyskäytävien ja piifiotonisten käyttöönoton odotetaan vähentävän pullonkauloja dataliikenteessä entisestään.
• AI-integraatio: Exaskaaliset järjestelmät optimoidaan yhä enemmän AI-kuormille, erikoislaitteiden kanssa koneoppimiseen ja syväoppimiseen. Tämä yhteensopivuus ohjaa uusia ohjelmistokehittäjiä ja yhteissuunnitteluhankkeita, kuten on tuotu esiin NERSC:ssä.
• Ohjelmistot ja ohjelmointimallit: Exaskaalisen laitteiston monimutkaisuus vaatii uusia ohjelmointiparadigmoja ja ohjelmistotyökaluja. Avoimen lähdekoodin aloitteet ja teollisuuden yhteistyöt, kuten Exaskaalinen Laskennan Projekti, kehittävät skaalaustablettikirjastoja, suorituskyvyn analyysityökaluja ja kannettavia ohjelmointimalleja järjestelmän hyödyntämisen maksimoimiseksi.

Nämä trendit määrittävät yhdessä exaskaalisen HPC:n kehityssuunnan vuodesta 2025 eteenpäin, mahdollistamalla läpimurtoja ilmastomallinnuksessa, genomikassa, materiaalitieteessä ja muilla alueilla.

Kilpailutilanne ja johtavat toimijat

Exaskaalisen korkean suorituskyvyn laskinnan (HPC) markkinoiden kilpailutilanne vuonna 2025 on luonteenomaista tiukka kilpailu valitun globaalin teknologiayhteisön keskuudessa, jotka kilpailevat toisiaan vastaan toimittaakseen kehittyneimmät, energiatehokkaat ja skaalautuvammat exaskaalijärjestelmät. Markkinaa ohjaavat pääasiassa valtion tukemat aloitteet, tieteellisen tutkimuksen kysynnät ja kasvava tarve dataraskaille sovelluksille tekoälyssä, ilmastomallinnuksessa ja eläväntiede.

Keskeisiä toimijoita exaskaalisen HPC:n alalla ovat Intel Corporation, Advanced Micro Devices (AMD), NVIDIA Corporation, IBM Corporation ja Hewlett Packard Enterprise (HPE). Nämä yritykset ovat edelläkävijöitä prosessori-, kiihtyvyys- ja järjestelmäarkkitehtuurin innovaatioissa, usein yhteistyössä kansallisten laboratorioiden ja superlaskentakeskusten kanssa.

• Intel Corporation ja HPE ovat yhteistyössä toteuttamassa ”Aurora” exaskaalijärjestelmää Argonne National Laboratoryssa, hyödyntäen Intelin Xeon-prosessoreita ja Ponte Vecchio GPU:ta. Tämä yhteistyö korostaa Intelin sitoutumista heterogeeniseen laskentaan ja edistyneisiin yhdyskäytäviin.
• AMD on vahvistanut asemaansa ”Frontier” superlaskimella Oak Ridge National Laboratoryssa, joka vuoteen 2025 mennessä on edelleen yksi maailman nopeimmista exaskaalijärjestelmistä. AMD:n EPYC-prosessorit ja Instinct-GPU:t ovat keskeisiä tässä saavutuksessa, mikä korostaa yrityksen osaamista korkeatorjunnassa ja energiatehokkaissa arkkitehtuureissa.
• NVIDIA jatkaa vaikutusvaltansa laajentamista Grace Hopper Superchipin ja edistyneiden GPU-teknologioiden avulla, voittaen useita exaskaaliluokan järjestelmiä ja edistäen AI-keskeisiä työkuormia sekä tutkimuksessa että liiketoimintaympäristössä.
• IBM pitää vahvaa läsnäoloa Power-prosessoreidensa ja OpenPOWER-ekosysteeminsä kautta, usein yhteistyössä tutkimuslaitosten kanssa räätälöityjä exaskaalijärjestelmiä varten.

Kilpailudynamiikkaa muokkaavat myös kansainväliset toimijat, kuten Fujitsu (erityisesti Fugaku-järjestelmän osalta Japanissa) ja Sugon sekä Lenovo Kiinassa, jotka nopeuttavat kotimaisten exaskaalisten kyvykkyyksien kehittämistä. Strategiset liitot, valtion rahoitus ja omaperäisten teknologioiden kehittäminen ovat avaintekijöitä tässä markkinassa. TOP500:n mukaan exaskaalijärjestelmien määrän odotetaan kasvavan, mikä lisää kilpailua ja nopeuttaa innovaatioita koko sektorilla.

Markkinakasvun ennusteet ja liikevaihtoarviot (2025–2030)

Exaskaalisen korkean suorituskyvyn laskennan (HPC) markkina on valmiina merkittävään kasvuun vuonna 2025, mikä johtuu edistyneiden laskentakapasiteettien kasvavasta kysynnästä tieteellisessä tutkimuksessa, tekoälyssä (AI) ja teollisissa sovelluksissa. Gartnerin ennusteiden mukaan globaalin IT-kehittämisen odotetaan nousevan, ja HPC-infrastruktuureihin kohdistuu huomattavaa rahoitusta kun organisaatiot pyrkivät hyödyntämään exaskaalijärjestelmiä monimutkaisissa simulaatioissa ja dataraskaan käsittelyyn.

Tutkimus MarketsandMarkets:ilta arvioi, että globaalin HPC-markkinan odotetaan saavuttavan noin 56 miljardia dollaria vuoteen 2025 mennessä, ja exaskaalijärjestelmät muodostavat nopeasti kasvavan segmentin. Siirtyminen exaskaaliseen laskentaan, joka määritellään järjestelmiksi, jotka pystyvät vähintään yhteen exafloppiin, tai miljardin miljardin laskentatehtävään sekunnissa, tulee todennäköisesti kiihtymään hallituksen investointien ja julkisten ja yksityisten kumppanuuksien myötä. Esimerkiksi Yhdysvaltojen energiaministeriön exaskaaliset aloitteet ja vastaavat ohjelmat Euroopassa ja Aasiassa odotetaan voivan katalysoida markkinakasvua ja edistää innovaatiota laitteisto- ja ohjelmistoekosysteemeissä.

• Liikevaihtoennusteet: Teollisuusasiantuntijat ennustavat, että exaskaalisen HPC:n liikevaihdot tulevat muodostamaan merkittävän osan kokonaishpc-markkinasta vuoteen 2025 mennessä, ja exaskaalijärjestelmistä ja niihin liittyvistä palveluista odotetaan globaalisti ylittävän 5 miljardia dollaria. Tämä kasvu perustuu lisääntyvään käyttöönottoon ilmastomallinnuksessa, genomikassa ja itsenäisten ajoneuvojen kehittämisessä.
• Kasvuajurit: Keskeisiä tekijöitä markkinan laajentamisessa ovat AI- ja koneoppimiskuormitusten lisääntyminen, tarpeet reaaliaikaiselle analytiikalle ja tieteellisen tutkimuksen kasvava monimutkaisuus. Exaskaalijärjestelmien integrointi pilvipohjaisiin HPC-ratkaisuihin odotetaan myös laajentavan markkinoiden pääsyä ja tuovan uusia liikevaihtovirtuja.
• Alueellinen näkymä: Pohjois-Amerikan odotetaan ylläpitävän johtoasemaansa exaskaalisen HPC:n käyttöönotossa, seuraavina Eurooppa ja Aasia-Tyynimeri, joissa on merkittäviä investointeja kansallisiin superlaskentahankkeisiin (TOP500).

Yhteenvetona, vuosi 2025 merkitsee ratkaisevaa vuotta exaskaaliselle HPC:lle, ja vahvan liikevaihdon kasvua ja markkinoiden laajentumista odotetaan, kun organisaatiot ympäri maailmaa hyödyntävät exaskaalisen laskennan mullistavaa potentiaalia käsitellessään yhä monimutkaisempia laskentahaasteita.

Alueanalyysi: Pohjois-Amerikka, Eurooppa, Aasia-Tyynimeri ja muu maailma

Globaali exaskaalinen korkean suorituskyvyn laskentamarkkina kokee merkittävää alueellista erilaistumista, jota ohjaavat hallitusten investoinnit, teollisuuden kysynnät ja teknologinen infrastruktuuri. Vuonna 2025 Pohjois-Amerikka, Eurooppa, Aasia-Tyynimeri ja muu maailma (RoW) esittävät kukin ainutlaatuisia dynamiikkoja, jotka muovaavat exaskaalisten HPC-järjestelmien käyttöä ja laajentumista.

• Pohjois-Amerikka: Yhdysvallat on edelleen globaali johtaja exaskaalisessa HPC:ssä, jota edistää huomattava liittovaltion rahoitus ja strategiset aloitteet, kuten Exaskaalinen Laskennan Projekti. Järjestelmien, kuten ”Frontier” ja ”Aurora”, käyttöönotto kansallisissa laboratorioissa korostaa alueen sitoutumista tieteelliseen tutkimukseen, puolustukseen ja tekoälyyn (Yhdysvaltojen energiaministeriö). Myös yksityinen sektori, mukaan lukien teknologiayritykset ja pilvipalveluntarjoajat, investoi voimakkaasti exaskaaliseen kapasiteettiin tukeakseen edistyneitä analytiikka- ja koneoppimiskuormituksia (IBM).
• Eurooppa: Euroopan unioni kiihdyttää exaskaalisia kunnianhimojaan EuroHPC-yhteisyrityksen kautta, tavoitteenaan luoda itsenäinen HPC-ekosysteemi ja vähentää riippuvuutta ei-eurooppalaisista teknologioista. ”JUPITER” exaskaalijärjestelmän lanseeraus Saksassa merkitsee virstanpylvästä, jonka sovellukset kattavat ilmastomallinnuksen, lääkekehityksen ja teollisen innovoinnin (EuroHPC-yhteisyritys). Yhteistyö R&D:ssä ja rajat ylittävät kumppanuudet ovat keskellä Euroopan strategiaa, jota tukevat merkittävät julkiset investoinnit.
• Aasia-Tyynimeri: Kiina ja Japani ovat Aasia-Tyynimeren exaskaalisen HPC:n eturivissä. Kiinan ”Sunway” ja ”Tianhe” projektit, joihin valtio investoi, keskittyvät kansalliseen turvallisuuteen, säätiedotukseen ja genomikaan (Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö). Japanin ”Fugaku” superlaskin, joka on kehitetty RIKEN:in ja Fujitsun toimesta, jatkaa läpimurtojen tekemistä pandemiamallinnuksessa ja materiaalitieteessä (RIKEN). Alueelliset hallitukset priorisoivat exaskaalista digitaalisen transformaation ja taloudellisen kilpailukyvyn pilareina.
• Muu maailma: Vaikka käyttöönotto on alkuvaiheessa, Lähi-idän ja Latinalaisen Amerikan maat tutkivat exaskaalista HPC:tä energia-, terveydenhuolto- ja älykaupunkisovelluksissa. Investoinnit kytkeytyvät usein yhteistyöhön vakiintuneiden toimijoiden ja kansainvälisten tutkimuskonsernioiden kanssa (Hewlett Packard Enterprise).

Kaiken kaikkiaan vuosi 2025 on merkitty lisääntyvällä kilpailulla ja yhteistyöllä alueiden keskuudessa, kun exaskaalinen HPC nousee strategiseksi omaisuudeksi tieteellisessä johtajuudessa, talouskasvussa ja teknologisessa itsenäisyydessä.

Tulevaisuuden näkymät: Uudet sovellukset ja investointikeskukset

Exaskaalisen korkean suorituskyvyn laskennan (HPC) tulevaisuuden näkymät vuodelle 2025 ovat luonteenomaista uusien sovellusten nousu ja dynaaminen siirtyminen globaaleissa investointikeskuksissa. Kun exaskaalijärjestelmät – jotka kykenevät suorittamaan vähintään yhden exaflopin, eli miljardin miljardin laskentatehtävää sekunnissa – otetaan käyttöön, niiden mullistava potentiaali näkyy useilla aloilla.

Uudet sovellukset laajenevat nopeasti perinteisen tieteellisen tutkimuksen ulkopuolella. Vuoteen 2025 mennessä exaskaalisen HPC:n odotetaan pelaavan keskeistä roolia tekoälyssä (AI) ja koneoppimisessa, mahdollistaen suurten mallien kouluttamisen ennennäkemättömällä nopeudella ja tarkkuudella. Tämä on erityisen tärkeää luonnollisen kielen käsittelyssä, lääkekehityksessä ja ilmastomallinnuksessa, joissa kyky käsitellä massiivisia tietoaineistoja reaaliaikaisesti on kriittistä. Esimerkiksi exaskaalisen laskennan odotetaan kiihdyttävän digitaalisten kaksosten kehittämistä monimutkaisille järjestelmille, kuten kokonaisille kaupungeille tai edistyneille valmistusprosesseille, tarjoten reaaliaikaisia simulointi- ja optimointikykyjä TOP500.

Energiasektorilla exaskaalijärjestelmiä käytetään edistetyssä materiaalitutkimuksessa, ydinfuusion simulaatioissa ja uusien energiajärjestelmien optimoinnissa. Terveydenhuolto ja genomiikka ovat myös hyötymässä, sillä exaskaalinen laskenta mahdollistaa väestötason genomianalyysit ja räätälöidyt lääketieteen aloitteet HPCwire.

Investointikeskukset siirtyvät, kun hallitukset ja yksityiset toimijat tunnustavat exaskaalisten kyvykkyyksien strategisen merkityksen. Yhdysvallat, Exaskaalisen Laskennan Hankkeen kautta, pysyy johtajana, mutta merkittäviä investointeja tehdään myös Kiinassa, Euroopan unionissa ja Japanissa. Kiinan “E-tason” superlaskentaprojektit ja EU:n EuroHPC-yhteisyritys kanavoivat miljardeja exaskaalin infrastruktuurin ja ekosysteemin kehittämiseen EuroHPC-yhteisyritys. Samaan aikaan pilvipalveluntarjoajat ja puolijohdetoimittajat investoivat yhä enemmän exaskaalin mahdollistaviin teknologioihin, kuten edistyneisiin prosessoreihin, kiihtyvyksiin ja yhdyskäytäviin Intel.

• AI-pohjaiset tieteelliset löydöt ja digitaalisten kaksosten sovellukset ovat odotettuja suuria kasvualoja.
• Terveydenhuolto, energia ja ilmastotiede kokevat kiihtyvää innovointia exaskaalisten kyvykkyyksien vuoksi.
• Pohjois-Amerikka, Kiina ja EU ovat ensisijaisia investointikeskuksia, ja Kiinassa ja Etelä-Koreassa aktiviteetti kasvaa.
• Yksityisten sektorin investoinnit nousevat, erityisesti pilvipohjaisissa exaskaalipalveluissa ja erikoistuneessa laitteistossa.

Kaiken kaikkiaan vuosi 2025 merkitsee ratkaisevaa vuotta exaskaaliselle HPC:lle, kun uudet sovellukset ja strategiset investoinnit muovaavat seuraavaa aaltoa laskentatehnologian läpimurroissa.

Haasteet, riskit ja strategiset mahdollisuudet

Exaskaalinen korkean suorituskyvyn laskenta (HPC) merkitsee läpimurtoa laskentakapasiteetissa, mahdollistaen järjestelmien suorittavan vähintään yhden exaflopin, eli miljardin miljardin laskentatehtävää sekunnissa. Kun globaali kilpailu exaskaalisten järjestelmien käyttöönotossa voimistuu, sektori kohtaa monimutkaisen maiseman haasteista, riskeistä ja strategisista mahdollisuuksista vuonna 2025.

Yksi tärkeimmistä haasteista on kasvavat kustannukset ja monimutkaisuus exaskaalijärjestelmien kehittämisessä. Exaskaalisten arkkitehtuurien suunnittelu, integrointi ja toiminta vaativat merkittäviä pääomasijoituksia, ja järjestelmien kustannukset ylittävät usein satoja miljoonia dollareita. Tämä taloudellinen este rajoittaa osallistumista vain muutamille hallituksille ja suurille yrityksille, mikä voi pahentaa globaaleja eroja laskentakäytännöissä ja innovaatiossa (TOP500).

Tekniset riskit ovat myös merkittäviä. Exaskaaliset järjestelmät vaativat ennennäkemättömän energiatehokkuuden, sillä energiankulutus voi helposti ylittää 20 megawattia per asennus. Tämän tehokkuuden saavuttaminen edellyttää läpimurtoja prosessorirakenteessa, muistin hierarkiassa ja jäähdytysratkaisuissa. Lisäksi exaskaalisten arkkitehtuurien valtava koko tuo mukanaan uusia luotettavuusongelmia, sillä miljoonat komponentit lisäävät laitteistovikojen todennäköisyyttä ja edellyttävät voimakkaita vianpelastuskäytäntöjä ja virheenkorjausmekanismeja (HPCwire).

Ohjelmistojen skaalautuvuus ja ekosysteemin kypsyys ovat lisähaasteita. Monet nykyisiin tieteellisiin ja teollisiin sovelluksiin tarvitsee merkittävästi uudistaa, jotta ne voivat hyödyntää tehokkaasti exaskaalista rinnakkaisuutta. Standardoitujen ohjelmointimallien ja työkalujen puute exaskaalin ympäristöissä tekee ohjelmistojen kehittämisestä ja siirtämisestä entistä monimutkaisempaa, mikä voi hidastaa käyttöönottoa ja rajoittaa aikaisempien käyttäjien tuottoa (Oak Ridge National Laboratory).

Huolimatta näistä haasteista strategisia mahdollisuuksia on runsaasti. Exaskaalinen laskenta on valmiina kiihdyttämään läpimurtoja ilmastomallinnuksessa, lääkekehityksessä, tekoälyssä ja materiaalitieteessä, tarjoamalla kilpailuetuja kansoille ja organisaatioille, jotka johtavat sen käyttöönotossa. Pyrkimys exaskaaliseen laskentaan katalysoi myös innovaatioita puolijohteiden valmistuksessa, yhdyskäytävissä ja energiatehokkaassa laskennassa, tuoden hyötyjä myös laajemmalle IT-teollisuudelle (Intel).

Yhteenvetona, vaikka exaskaalinen HPC vuonna 2025 on täynnä teknisiä, taloudellisia ja operatiivisia riskejä, se tarjoaa myös ainutlaatuisen mahdollisuuden strategiseen johtajuuteen ja teknologiseen edistykseen niille, jotka pystyvät navigoimaan sen monimutkaisuudessa.

Lähteet ja viitteet

• Frontier
• NVIDIA
• EuroHPC-yhteisyritys
• TOP500
• NERSC
• IBM Corporation
• Fujitsu
• Lenovo
• MarketsandMarkets
• RIKEN