2025年11月8日，第七届中国超级算力大会（ChinaSC2025）在京举行。会上发布了《2025中国高性能计算机（HPC）性能TOP100榜单》，这一榜单自2002年首次发布以来，已连续发布24年，成为中国乃至全球观察中国高性能计算领域发展水平、技术趋势和应用动向的重要窗口和权威参考。本次榜单的榜首是2023年部署于某超算中心的主机系统，其峰值计算性能达到了惊人的620 PFLOPS，实测性能（LINPACK）也达到了487.94 PFLOPS。这一数字不仅刷新了中国HPC系统的性能纪录，也标志着中国在全球超算领域的领先地位得到进一步巩固。

高性能计算机（High Performance Computing，HPC）并非指单一的、功能强大的计算机，而是一个由大量计算节点通过高速网络连接而成的庞大计算集群。一个典型的HPC系统主要由三个核心部分构成：计算系统、高速互联网络和存储系统。计算系统是HPC的“大脑”，由大量的计算节点组成，每个节点通常包含多个高性能的多核或众核处理器（CPU）以及用于加速计算的图形处理器（GPU）或其他加速器。高速互联网络则是HPC的“神经网络”，负责在成千上万个计算节点之间高速、低延迟地传输数据，确保各个节点能够高效协同工作。存储系统则是HPC的“记忆库”，用于存放海量的计算数据和结果，通常采用并行文件系统，以提供极高的数据读写带宽。因此，HPC的本质是一种聚合计算资源，通过并行处理技术，将成千上万的处理器核心协同工作，以实现对复杂科学、工程和商业问题的快速求解。这种惊人的计算能力，使得HPC成为国家科技创新和产业发展的关键工具，在气候模拟、新药研发、材料设计、人工智能等领域发挥着不可替代的作用。

HPC的架构设计理念与家用电脑截然不同，它采用的是一种“集群”或“分布式”的架构。相比之下，我们日常使用的普通家用电脑，即个人计算机（PC），通常是一个独立的系统，核心是一颗或多颗多核CPU，负责处理系统中的所有计算任务。虽然现代家用电脑也配备了GPU，但其主要用途是处理图形渲染任务，支持高清视频播放和3D游戏，其架构和驱动程序并非为大规模科学计算而优化。个人计算机的系统总线、内存带宽和存储速度都是围绕满足单个用户的需求来设计的，当面临需要海量计算和数据处理的任务时，便会显得力不从心。例如，一个需要个人计算机数天甚至数周才能完成的复杂仿真任务，在HPC上可能只需要几小时甚至几分钟就能完成。

尽管高性能计算机比普通家用电脑强大很多，但用超级计算机打游戏或者运行常用软件并不现实。HPC的核心优势在于并行计算，即将一个大任务分解成无数个小任务，交由成千上万个计算核心同时处理。然而，大多数游戏的核心逻辑是串行的，即需要按顺序一步步执行。虽然游戏中的图形渲染、物理效果等部分可以并行化，但游戏的主循环、AI决策、用户输入处理等核心逻辑很难被有效地并行化。此外，HPC的处理器采用的是为科学计算优化的指令集和架构，与游戏所需的架构不同，这导致游戏程序无法直接在HPC的处理器上运行。

高性能计算机已深入生产生活。在基础科学研究领域，HPC是探索未知世界的“望远镜”和“显微镜”，能够模拟和解析那些实验手段难以触及或成本极高的自然现象。在生命科学领域，HPC的应用正在深刻地改变着我们对生命本质的理解和疾病治疗的方式。例如，基因组学是其最重要的应用方向之一。对人类基因组进行测序和分析会产生海量的数据，通过HPC，科学家可以在数小时或数天内完成一个基因组的分析，而使用传统计算机可能需要数月甚至数年。这使得大规模人群的基因组研究成为可能，为揭示遗传病的发病机制、寻找疾病的生物标志物以及实现个性化精准医疗奠定了坚实的基础。

在药物研发方面，HPC同样发挥着至关重要的作用。传统的药物发现过程漫长且成本高昂，通常需要耗费十年以上的时间和数十亿美元的资金。而基于HPC的计算模拟，可以极大地加速这一过程。科学家可以利用HPC模拟药物分子与靶点蛋白的相互作用，通过分子动力学模拟，在原子层面上观察药物分子如何与靶点结合，以及结合后的构象变化。这种方法可以在计算机上快速筛选数百万甚至数十亿个候选化合物，从中找出最有潜力的“先导化合物”，从而将实验室中的“大海捞针”式筛选转变为高效的计算机辅助药物设计（CADD）。

气候和环境科学也是HPC应用最经典、最成功的领域之一。全球气候系统是一个极其复杂的非线性系统，受到大气、海洋、陆地、冰雪等多个圈层相互作用的影响。要对未来天气和气候变化做出准确的预测，就需要求解描述这些物理过程的复杂偏微分方程组。这些方程组无法用解析方法求解，只能通过数值方法进行离散化，然后在计算机上进行模拟。HPC使得高分辨率、长时效的气候模拟成为可能。通过将地球表面划分为数百万甚至数千万个网格点，并在每个网格点上求解物理方程，HPC可以模拟出全球范围内的风、云、降水、温度等气象要素的演变。

除此之外，在科幻电影的特效制作、汽车碰撞模拟分析、金融风险预警等领域的背后，都有着高性能计算机的强力支持。作为科技创新的核心引擎，强大的计算能力已经渗透到科学研究、工程设计和商业分析的方方面面，深刻地改变了我们认识世界、改造世界和决策的方式。从微观的基因序列到宏观的宇宙演化，从尖端飞行器的设计到日常消费品的研发，高性能计算机都扮演着不可或缺的角色。它通过高精度的数值模拟和大数据分析，极大地缩短了研发周期、降低了成本，并使得许多过去无法实现的科学探索和技术创新成为可能。

在当前复杂的国际形势下，实现核心技术的自主可控，是中国高性能计算机发展的必然选择。这包括核心芯片、操作系统、编译器、并行编程环境等关键软硬件的国产化。我国在这方面已经取得了长足的进步。例如，“神威·太湖之光”实现了包括“申威26010”处理器在内的所有核心部件的全面国产化。新一代的“天河星逸”系统也采用了国产的计算架构和处理器。在软件生态方面，我国也在积极构建自主的HPC应用生态，开发了一系列面向领域的超算应用平台，支持各行各业取得了显著的应用实效。未来，我国还将继续加大对HPC核心技术的研发投入，构建更加完善和开放的国产HPC软硬件生态，确保国家信息安全和科技发展的主动权。