Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošanas tirgus pārskats 2025: Izaugsmes faktoru, tehnoloģiju inovāciju un globālo prognožu atklāšana. Izpētiet galvenās tendences, konkurences dinamiku un stratēģiskās iespējas, kas veido nākamo HPC ēru.

• Izpilddirektora kopsavilkums un tirgus pārskats
• Galvenās tehnoloģiju tendences ekstrasakņu HPC (2025–2030)
• Konkurences ainava un vadošie spēlētāji
• Tirgus izaugsmes prognozes un ieņēmumu prognozes (2025–2030)
• Reģionālā analīze: Ziemeļamerika, Eiropa, Āzijas un Klusā okeāna reģions un pārējā pasaule
• Nākotnes skatījums: jaunas lietojumprogrammas un investīciju vietas
• Izaicinājumi, riski un stratēģiskās iespējas
• Avoti un atsauces

Izpilddirektora kopsavilkums un tirgus pārskats

Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošana (HPC) attiecas uz skaitļošanas sistēmām, kas spēj veikt vismaz vienu eksaflopu jeb miljardu miljardu (10¹⁸) aprēķinu sekundē. Šis lēciens aprēķina jaudā iezīmē pārveidojošo etapu zinātniskajos pētījumos, mākslīgajā intelektā, klimata modelēšanā un modernajā inženierijā. Līdz 2025. gadam globālais ekstrasakņu HPC tirgus piedzīvo strauju izaugsmi, ko virza pieaugošā pieprasījuma pēc datu intensīvām lietojumprogrammām un nepieciešamības pēc reāllaika analītikas tādās nozarēs kā veselības aprūpe, enerģētika un aizsardzība.

Ekstrasakņu sistēmu izvietošana pārvērš superdatoru konkurences ainavu. Savienotās Valstis, Ķīna, Japāna un Eiropas Savienība ir vadošās sacensībās, ieguldot nozīmīgas investīcijas valsts ekstrasakņu iniciatīvās. 2023. gadā ASV uzsāka savu pirmo ekstrasakņu sistēmu, Frontier, Oka Rīdas Nacionālajā laboratorijā, sasniedzot vairāk nekā 1,1 eksaflopu. Ķīnai un ES ir paredzēts darbināt savas ekstrasakņu sistēmas līdz 2025. gadam, pastiprinot globālo konkurenci un sadarbību HPC izpētē un infrastruktūras attīstībā.

Saskaņā ar Gartner datiem, vispārējais HPC tirgus tiek prognozēts uz $55 miljardiem līdz 2025. gadam, turklāt ekstrasakņu sistēmas veido arvien pieaugošu daļu no šīs vērtības. Tirgus ir raksturots ar spēcīgām investīcijām no publiskā un privātā sektora, ar tehnoloģiju gigantiem kā Intel, AMD, NVIDIA un Hewlett Packard Enterprise, kas spēlē svarīgas lomas aparatūras un programmatūras inovācijās.

• Galvenie virzītāji ietver AI un mašīnzinātnes slodžu pieaugumu, nepieciešamību pēc progresīvām simulācijām zinātniskajos pētījumos un pieaugošo datu analīzes sarežģītību.
• Izaicinājumi pastāv energoefektivitātē, sistēmas uzticamībā un programmatūras mērogojamībā, kas mudina uz nepārtrauktu pētījumu un attīstību jaunu arhitektūru un dzesēšanas risinājumu izstrādē.
• Valdības finansējums un starptautiskas sadarbības paātrina ekstrasakņu pieņemšanu, ar stratēģiskām iniciatīvām kā ASV Ekstrasakņu skaitļošanas projekts un ES EuroHPC Joint Undertaking.

Kopumā 2025. gads iezīmē izšķirošo gadu ekstrasakņu HPC, ar tehnoloģiju, kas ir gatava atvērt iepriekšēji neiespējamas spējas dažādās nozarēs un pētniecības jomās, vienlaikus radot jaunas problēmas un iespējas tirgus dalībniekiem.

Galvenās tehnoloģiju tendences ekstrasakņu HPC (2025–2030)

Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošana (HPC) ir gatava pārveidot zinātnisko atklājumu, inženierijas un mākslīgā intelekta jomas, nodrošinot sistēmas, kas spēj vismaz vienu eksaflopu (10¹⁸ pludiņveida punktu operāciju sekundē). Kad 2025. gadā sāks darboties pirmās ekstrasakņu sistēmas, vairāki galvenie tehnoloģiju virzieni veido ainavu pārējam gadu desmitam.

• Heterogēnas arhitektūras: CPU, GPU un specializētu akseleratoru integrācija kļūst par standartu ekstrasakņu sistēmās. Šī heterogēnā pieeja ļauj optimizēt veiktspēju dažādām slodzēm, sākot no tradicionālajām simulācijām līdz AI un datu analīzei. Piemēram, Oka Rīdas Nacionālajā laboratorijā esošais Frontier superdators izmanto AMD CPU un GPU, nosakot precedentu nākotnes ekstrasakņu izvietošanai.
• Energoefektivitāte un dzesēšana: Enerģijas patēriņš ir kritisks ierobežojums ekstrasakņu mērogā. Inovācijas šķidrajā dzesēšanā, progresīvā enerģijas pārvaldībā un energoefektīvā mikroshēmu dizainā ir būtiskas. Saskaņā ar TOP500 dati, visefektīvākie superdatori tagad sasniedz vairāk nekā 60 gigaflopus uz vatu, un paredzams, ka šī tendence paātrināsies, kad ilgtspēja kļūs par prioritāti.
• Progresīvas savienojamības: Augstas platbandas, zemas latentuma savienojumi, piemēram, NVIDIA NVLink, AMD Infinity Fabric un pielāgotās risinājums no Intel ir būtiski, lai skalotu veiktspēju miljoniem kodolu. Ofta optisko savienojumu un silīcija fotonikas pieņemšana ir paredzēta, lai tālāk samazinātu datu pārvietošanas šaurās vietas.
• AI integrācija: Ekstrasakņu sistēmas arvien vairāk tiek optimizētas AI slodzēm, ar īpašu aparatūru mašīnmācībai un dziļai mācībai. Šī konverģence veicina jaunas programmatūras ietvaru un kopprojektu iniciatīvas, kā uzsver NERSC.
• Programmatūra un programmēšanas modeļi: Ekstrasakņu aparatūras sarežģītība prasa jaunas programmēšanas paradigmas un programmatūras rīkus. Atvērtā koda iniciatīvas un nozares sadarbība, piemēram, Ekstrasakņu skaitļošanas projekts, attīsta mērogojamās bibliotēkas, veiktspējas analīzes rīkus un pārvietojamus programmēšanas modeļus, lai maksimāli palielinātu sistēmas izmantošanu.

Šīs tendences kopumā nosaka ekstrasakņu HPC virzienus no 2025. gada uz priekšu, ļaujot sasniegumiem klimata modelēšanā, ģenomikā, materiālu zinātnē un citur.

Konkurences ainava un vadošie spēlētāji

Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) tirgus konkurences ainava 2025. gadā ir raksturota ar intensīvu konkurenci starp nelielu globālu tehnoloģiju līderu grupu, kas cenšas nodrošināt vismodernākās, energoefektīvās un mērogojamās ekstrasakņu sistēmas. Tirgu galvenokārt virza valdības atbalstītas iniciatīvas, zinātnisko izpēti pieprasījumi un pieaugošā nepieciešamība pēc datu intensīvām lietojumprogrammām mākslīgajā intelektā, klimata modelēšanā un dzīvības zinātnēs.

Galvenie spēlētāji, kas dominē ekstrasakņu HPC sektorā, ir Intel Corporation, Advanced Micro Devices (AMD), NVIDIA Corporation, IBM Corporation un Hewlett Packard Enterprise (HPE). Šie uzņēmumi ir inovāciju priekšgalā procesoru, akseleratoru un sistēmu arhitektūras jomā, bieži sadarbojoties ar nacionālajiem laboratorijām un superdatoru centriem.

• Intel Corporation un HPE ir sadarbojušies, lai sniegtu „Aurora” ekstrasakņu sistēmu Argonne Nacionālajā laboratorijā, izmantojot Intel Xeon CPU un Ponte Vecchio GPU. Šī sadarbība uzsver Intel apņemšanos attiecībā uz heterogēno skaitļošanu un progresīvo savienojamību.
• AMD ir nostiprinājusi savu pozīciju, izmantojot „Frontier” superdatoru Oka Rīdas Nacionālajā laboratorijā, kas līdz 2025. gadam paliek par vienu no pasaulē ātrākajām ekstrasakņu sistēmām. AMD EPYC CPU un Instinct GPU ir centrā šajā sasniegumā, uzsverot uzņēmuma spēju augsta kodolu skaita, energoefektīvās arhitektūras jomā.
• NVIDIA turpina paplašināt savu ietekmi ar savu Grace Hopper Superchip un progresīvām GPU tehnoloģijām, kas nodrošina vairākas ekstrasakņu klases sistēmas un virza AI centriskās slodzes gan pētījumos, gan uzņēmumos.
• IBM saglabā spēcīgu klātbūtni ar saviem Power procesoriem un OpenPOWER ekosistēmu, bieži sadarbojoties ar pētniecības iestādēm, lai veiktu pielāgotus ekstrasakņu izvietojumus.

Konkurences dinamiku papildu veido tādi starptautiskie spēlētāji kā Fujitsu (īpaši ar Fugaku sistēmu Japānā) un Sugon un Lenovo Ķīnā, kuri strauji attīsta iekšējas ekstrasakņu spējas. Stratēģiskas alianses, valdības finansējums un patentētas tehnoloģiju attīstība ir galvenie diferenciatori šajā tirgū. Saskaņā ar TOP500 datiem ekstrasakņu sistēmu skaitam jāpieaug, pastiprinot konkurenci un paātrinot inovāciju visā nozarē.

Tirgus izaugsmes prognozes un ieņēmumu prognozes (2025–2030)

Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) tirgus 2025. gadā ir gatavs ir izteikta izplešanās, ko virza pieaugošais pieprasījums pēc modernizētām aprēķinu spējām, zinātniskajos pētījumos, mākslīgajā intelektā (AI) un rūpniecības lietojumprogrammās. Saskaņā ar Gartner prognozēm globālie IT izdevumi pieaugs, ar nozīmīgu daļu vērstu uz HPC infrastruktūru, jo organizācijas cenšas izmantot ekstrasakņu sistēmas sarežģītām simulācijām un datu intensīvām slodzēm.

Tirgus pētījumi no MarketsandMarkets apliecina, ka globālais HPC tirgus līdz 2025. gadam sasniegs aptuveni $56 miljardus, ar ekstrasakņu sistēmām, kas veido strauji augošu segmentu. Pāreja uz ekstrasakņu skaitļošanu, ko definē kā sistēmas, kas spēj vismaz vienu eksaflopu, jeb miljardu miljardu aprēķinu sekundē, paredzams, ka paātrināsies, pateicoties valdības investīcijām un publiskajām-privātajām partnerībām. Piemēram, ASV Enerģijas departamenta ekstrasakņu iniciatīvas un līdzīgas programmas Eiropā un Āzijā sagaida tirgus izaugsmi un inovāciju veicināšanu aparatūras un programmatūras ekosistēmās.

• Ieņēmumu prognozes: Nozarē analītiķi prognozē, ka ekstrasakņu HPC ieņēmumi veidos ievērojamu daļu no kopējā HPC tirgus 2025. gadā, ar gada ieņēmumiem no ekstrasakņu sistēmām un tam pievienotajām pakalpojumu prognozēm, kas pārsniegs $5 miljardus globāli. Šī izaugsme balstās uz pieaugošo pieņemšanu tādās nozarēs kā klimata modelēšana, ģenomika un autonomo transportlīdzekļu izstrāde.
• Izaugsmes virzītāji: Galvenie faktori, kas veicina tirgus paplašināšanos, ir AI un mašīnnodarbību slodžu izplatīšana, nepieciešamība pēc reāllaika analītikas un pieaugošā zinātnisko pētniecības sarežģītība. Ekstrasakņu sistēmu integrācija ar mākoņdatu HPC risinājumiem arī tiek paredzēta, lai paplašinātu tirgus piekļuvi un veicinātu jaunus ieņēmumu avotus.
• Reģionālās perspektīvas: Ziemeļamerika tiek prognozēta, ka saglabās savu līderpozīciju ekstrasakņu HPC izvietošanā, tai seko Eiropa un Āzijas un Klusā okeāna reģions, kur tiek veikti nozīmīgi ieguldījumi nacionālajās superdatoru iniciatīvās (TOP500).

Kopumā 2025. gads ir izšķirošs gads ekstrasakņu HPC, ar robustu ieņēmumu izaugsmi un tirgus paplašināšanos, ko sagaida, jo organizācijas visā pasaulē izmanto transformējošu ekstrasakņu skaitļošanu, lai risinātu arvien sarežģītākas aprēķinu problēmas.

Reģionālā analīze: Ziemeļamerika, Eiropa, Āzijas un Klusā okeāna reģions un pārējā pasaule

Globālais ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) tirgus piedzīvo nozīmīgu reģionālo atšķirību, ko veicina valdības ieguldījumi, industriālais pieprasījums un tehnoloģiskā infrastruktūra. 2025. gadā Ziemeļamerika, Eiropa, Āzijas un Klusā okeāna reģions un Pārējā pasaule (RoW) katrs prezentē unikālas dinamiskas tendences, kas formē ekstrasakņu HPC sistēmu pieņemšanu un paplašināšanos.

• Ziemeļamerika: Savienotās Valstis joprojām ir globālais līderis ekstrasakņu HPC, ko virza nozīmīgi federālie finansējumi un stratēģiskas iniciatīvas, piemēram, Ekstrasakņu skaitļošanas projekts. Sistēmu, piemēram, “Frontier” un “Aurora”, izvietošana nacionālajās laboratorijās norāda uz reģiona apņēmību zinātniskajos pētījumos, aizsardzībā un mākslīgajā intelektā (ASV Enerģijas departaments). Arī privātais sektors, tostarp tehnoloģiju giganti un mākoņu pakalpojumu sniedzēji, iegulda ievērojami ekstrasakņu iespējās, lai atbalstītu progresīvu analītiku un mašīnzinātnes slodzes (IBM).
• Eiropa: Eiropas Savienība paātrina savas ekstrasakņu ambīcijas caur EuroHPC Joint Undertaking, mērķējot izveidot suverēnu HPC ekosistēmu un samazināt atkarību no neeiropiešu tehnoloģijām. “JUPITER” ekstrasakņu sistēmas palaišana Vācijā ir nozīmīgs solis, ar pielietojumiem klimata modelēšanā, zāļu izstrādē un industriālajā inovācijā (EuroHPC Joint Undertaking). Sadarbība R&D un starptautiskās partnerības ir pamatā Eiropas stratēģijai, ko atbalsta nozīmīgi publiskie finansējumi.
• Āzijas un Klusā okeāna reģions: Ķīna un Japāna ir Āzijas un Klusā okeāna priekšgalā ekstrasakņu HPC. Ķīnas “Sunway” un “Tianhe” projekti, ko atbalsta valsts ieguldījumi, koncentrējas uz valsts drošību, laikapstākļu prognozēšanu un ģenomiku (Ķīnas Nacionālā dabaszinātņu fonds). Japānas “Fugaku” superdators, ko izstrādājusi RIKEN un Fujitsu, turpina virzīt sasniegumus pandēmiju modelēšanā un materiālu zinātnē (RIKEN). Reģionālās valdības izvirza ekstrasakņu skaitļošanu kā digitālās transformācijas un ekonomiskās konkurētspējas pīlāru.
• Pārējā pasaule: Lai gan pieņemšana ir sākumstadijā, valstis Tuvajos Austrumos un Dienvidamerikā izpēta ekstrasakņu HPC enerģijai, veselības aprūpei un viedpilsētu pielietojumiem. Ieguldījumi bieži ir saistīti ar partnerībām ar izveidotiem piegādātājiem un starptautiskām pētniecības konsorcijiem (Hewlett Packard Enterprise).

Kopumā 2025. gads iezīmē konkurences un sadarbības pastiprināšanos starp reģioniem, ar ekstrasakņu HPC, kas iznāk kā stratēģisks resurss zinātniskās līderības, ekonomiskās izaugsmes un tehnoloģiskās suverenitātes nodrošināšanai.

Nākotnes skatījums: jaunas lietojumprogrammas un investīciju vietas

Nākotnes izskats par ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošanu (HPC) 2025. gadā raksturo jaunu lietojumprogrammu pieaugums un dinamiskas globālo investīciju vietu maiņas. Kad ekstrasakņu sistēmas, kas spēj veikt vismaz vienu eksaflopu, jeb miljardu miljardu aprēķinu sekundē, kļūst operatīvas, to transformējošais potenciāls tiek realizēts vairākās nozarēs.

Jaunās lietojumprogrammas ātri paplašinās pāri tradicionālajiem zinātniskajiem pētījumiem. 2025. gadā ekstrasakņu HPC gaidāms būtiska loma mākslīgajā intelektā (AI) un mašīnmācībā, ļaujot apmācīt liela mēroga modeļus ar nepieredzētu ātrumu un precizitāti. Tas ir īpaši svarīgi dabiskās valodas apstrādē, zāļu izstrādē un klimata modelēšanā, kur spēja apstrādāt milzīgas datu kopas reālajā laikā ir kritiska. Piemēram, tiek paredzēts, ka ekstrasakņu skaitļošana paātrinās digitālo dvīņu attīstību sarežģītām sistēmām, piemēram, visspēcīgām pilsētām vai modernām ražošanas procesiem, nodrošinot reāllaika simulācijas un optimizācijas iespējas TOP500.

Enerģētikas nozarē ekstrasakņu sistēmas tiek izmantotas progresīvā materiālu pētījumā, kodolfūzijas simulācijās un atjaunojamo enerģijas tīklu optimizēšanā. Veselības aprūpe un ģenomika arī būs izdevīgas, jo ekstrasakņu skaitļošana ļauj populācijas mēroga ģenomu analīzi un personalizēta medicīnas iniciatīvas (HPCwire).

Investīciju vietas mainās, jo valdības un privātās struktūras atzīst ekstrasakņu iespēju stratēģisko nozīmi. Savienotās Valstis, pateicoties iniciatīvām kā Ekstrasakņu skaitļošanas projekts, paliek līdere, taču ievērojamas investīcijas tiek veikta arī Ķīnā, Eiropas Savienībā un Japānā. Ķīnas “E līmeņa” superdatoru projekti un ES EuroHPC Joint Undertaking kanāli miljardus ekstrasakņu infrastruktūras un ekosistēmas attīstībā EuroHPC Joint Undertaking. Tajā pašā laikā mākoņu pakalpojumu sniedzēji un pusvadītāju uzņēmumi arvien vairāk iegulda ekstrasakņām piemērotās tehnoloģijās, piemēram, progresīvās mikroshēmas, akseleratoros un savienojumos (Intel).

• AI virzīta zinātniskā atklājuma un digitālo dvīņu lietojumprogrammas tiek prognozētas kā galvenās izaugsmes jomas.
• Veselības aprūpe, enerģētika un klimata zinātne piedzīvos paātrinātu inovāciju, pateicoties ekstrasakņu iespējām.
• Ziemeļamerika, Ķīna un ES ir galvenās investīciju vietas ar pieaugošu aktivitāti Japānā un Dienvidkorejā.
• Privātā sektora investīcijas pieaug, īpaši mākoņdatu ekstrasakņu pakalpojumu un specializētas aparatūras jomā.

Kopumā 2025. gads iezīmēs izšķirošo gadu ekstrasakņu HPC, ar jaunām lietojumprogrammām un stratēģiskām investīcijām, kas veido nākamo aprēķinu pārrāvumu viļņu.

Izaicinājumi, riski un stratēģiskās iespējas

Ekstrasakņu augstas veiktspējas skaitļošana (HPC) ir transformējusi jaunu lēcienu skaitļošanas spējās, ļaujot sistēmām veikt vismaz vienu eksaflopu, jeb miljardu miljardu aprēķinu sekundē. Kamēr globālā sacensība par ekstrasakņu sistēmu izvietošanu pastiprinās, sektors saskaras ar sarežģītu izaicinājumu, risku un stratēģisko iespēju ainavu 2025. gadā.

Viena no galvenajām problēmām ir augošās izmaksas un sarežģītība ekstrasakņu sistēmu izstrādē. Ekstrasakņu arhitektūru projektēšana, integrācija un darbība prasa ievērojamus kapitāla ieguldījumus, kam sistēmas izmaksas bieži pārsniedz simtiem miljonu dolāru. Šī finansiālā barjera ierobežo līdzdalību tikai dažām valdībām un lielām uzņēmēm, kas potenciāli padara globālās atšķirības skaitļošanas pieejamībā un inovāciju attīstībā vēl izteiktākas (TOP500).

Tehniskie riski ir arī izteikti. Ekstrasakņu sistēmās ir prasīti nekad nepieredzēti energoefektivitātes līmeņi, jo enerģijas patēriņš viegli var pārsniegt 20 megavatus katrā instalācijā. Šīs efektivitātes sasniegšana prasa izpētes un inovācijas mikroshēmu dizainā, atmiņas hierarhijā un dzesēšanas tehnoloģijās. Turklāt ekstrasakņu arhitektūru milzīgais apjoms rada jaunas uzticamības problēmas, jo miljoniem komponentu palielina aparatūras kļūmju probabilitāti, kas prasa stingras kļūmju tolerances un kļūdu labojumu mehānismus (HPCwire).

Programmatūras mērogojamība un ekosistēmas nobrieduma izpaužas papildu šķēršļiem. Daudzas esošās zinātniskās un industriālās lietojumprogrammas prasa nozīmīgu pārbūvi, lai efektīvi izmantotu ekstrasakņu paralēlismu. Izvēles programmatūras modeļu un rīku trūkums ekstrasakņu vidēs papildus sarežģī programmatūras izstrādi un uzņēmumu pārvietošanu, kas potenciāli palēnina pieņemšanu un ierobežo investīciju atdevi agrīnajiem adoptiem (Oka Rīdas Nacionālā laboratorija).

Neskatoties uz šiem izaicinājumiem, stratēģiskas iespējas ir plašas. Ekstrasakņu skaitļošana ir gatava paātrināt pagriezienus klimata modelēšanā, zāļu izstrādē, mākslīgajā intelektā un materiālu zinātnē, piedāvājot konkurētspēju valstīm un organizācijām, kas pirmām kārtām izvirza savu priekšrocību. Nad nebūtu konfrontēti ar datiem un izstrādājumu modeļiem ir uzsākusi inovācijas pusvadītāju ražošanā, savienojumos un energoefektīvajā skaitļošanā, kas sniegusi labumus plašākai IT nozarei (Intel).

Kopumā, kamēr 2025. gadā ekstrasakņu HPC ir pilns ar tehniskiem, finansiāliem un operatīviem riskiem, tas arī sniedz unikālu iespēju, lai vadītu stratēģisko līderību un tehnoloģiju attīstību tiem, kas spēj orientēties šajās sarežģījuma komplektācijās.

Avoti un atsauces

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