计算机行业跟踪周报-被忽视的国之重器：高性能计算那些事儿

证券研究报告·行业跟踪周报·计算机 东吴证券研究所 1 / 10 请务必阅读正文之后的免责声明部分 计算机行业跟踪周报 被忽视的国之重器：高性能计算那些事儿 2022年04月05日 证券分析师 王紫敬 执业证书：S0600521080005 021-60199781 wangzj@dwzq.com.cn 行业走势 相关研究 《围绕政策前瞻，做好数字经济投资》 2022-03-31 增持（维持） [Table_Summary] 投资要点 ◼ 高性能计算是国之重器：高性能计算机（HPC，又称超级计算机）主要被用来解决其他计算机解决不了的挑战性问题，通常指具有极快运算速度、极大存储容量、极高通信带宽的一类计算机。高性能计算被视为计算机科学与工程的“皇冠”，各国近年来均频繁从国家层面启动研制计划。在中国多次上榜全球高性能计算TOP500后，美国自2015年起将多所中国高性能计算相关机构或企业列入实体清单，而我国高性能计算整体实力和美国相比仍然有较大差距。因此，发展自主可控的高性能计算至关重要。 ◼ 高性能计算技术壁垒高：高性能计算的核心能力是64位双精度浮点运算能力，在底层芯片性能要求上高于普通的数据中心和智算中心，以实现人工智能需求为例，AI专用芯片一般只能完成推理和训练任务，而模拟任务需要更高性能的加速器芯片完成。高性能计算不是简单的CPU堆砌，体系结构设计、高速互联网络、并行文件系统、储存列阵等软件系统同样重要。高性能计算的技术溢出效益非常明显。由于服务器可以平滑地采用高性能计算的互联技术、CPU技术、操作系统技术和并行软件设计等技术，在高性能计算方面的积累能够自然地溢出到服务器产业。 ◼ 中国高性能计算市场处于高度景气状态：随着高性能计算技术的发展，尤其是使用成本的不断下降，其应用领域也从具有国家战略意义的飞行器模拟、信息安全、石油勘探等科学计算领域向更广泛的国民经济主战场快速扩张，比如制药、基因测序、动漫渲染、数据挖掘、金融分析以及互联网服务等。十四五和新基建驱动政府投资高性能计算进入快速增长期，我们预计大型高性能计算中心单个投入在20亿元以上，按平均每年新建5个高性能计算中心计算，政府规划的高性能计算中心市场规模每年将达到100亿元。此外，互联网、金融、运营商等行业公司也在积极布局高性能计算机。根据观研天下预测，2022年中国高性能计算行业总体市场规模将超400亿元，2021-2025年CAGR为13%左右。 ◼ 高性能计算市场竞争格局稳定：从中国高性能计算TOP100中主要公司系统个数统计来看，2002年之前，TOP100主要是国外的HP、IBM为主，后期以中国的联想、曙光和浪潮为主。其中曙光2010-2019年连续10年按装机台数市场份额第一，2019年占到接近40%。浪潮2014年开始有明显起色。联想公司通过2014年对IBM公司X86 HPC产品线的并购，市场份额异军突起，2021年已实现TOP100装机台数份额第一。而联想、浪潮、曙光中，只有曙光拥有从芯片等硬件到软件系统的国产自主知识产权。 ◼ 投资机会及推荐标的：随着十四五规划和新基建持续推进，以及高性能计算应用行业领域拓展，人工智能等应用需求强劲，高性能计算市场有望实现快速发展。推荐标的：中科曙光、神州数码，建议关注浪潮信息、联想集团。 ◼ 风险提示：行业竞争加剧；政策推进不及预期；疫情风险超预期。 -22%-18%-14%-10%-6%-2%2%6%10%2021/4/62021/8/42021/12/22022/4/1计算机沪深300 请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所 行业跟踪周报 2 / 10 内容目录 1. 高性能计算是重要科技方向 .............................................................................................................. 4 1.1. 高性能计算是什么？................................................................................................................. 4 1.2. 高性能计算为什么重要？......................................................................................................... 5 2. 高性能计算的技术壁垒高 .................................................................................................................. 6 3. 高性能计算市场高度景气 .................................................................................................................. 7 3.1. 高性能计算主要应用于哪些场景？......................................................................................... 7 3.2. 高性能计算的市场空间有多大？............................................................................................. 7 4. 高性能计算市场竞争格局稳定 .......................................................................................................... 8 5. 高性能计算相关投资机会 .................................................................................................................. 9 6. 风险提示 .............................................................................................................................................. 9 请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所 行业跟踪周报 3 / 10 图表目录 图1： 高性能计算节点互联示意图....................................................................................................... 4 图2： 高性能计算近60年演变的2个阶段......................................................................................... 5 图3： 世界主要大国高性能计算机研制计划....................................................................................... 5 图4： 全球高性能计算机性能TOP50机器制造台数 ......................................................................... 5 图5： 不同精度可执行任务对比........................................................................................................... 6 图6： 中国TOP100行业应用领域份额（2021.11） .......................................................................... 7 图7： 十四五和新基建驱动高性能计算进入快速增长期................................................................... 8 图8： 中国TOP100中主要公司的系统个数 ....................................................................................... 9 请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所 行业跟踪周报 4 / 10 1. 高性能计算是重要科技方向 高性能计算机（HPC，High Performance Computer，又称超级计算机）是国之重器。从核爆炸模拟、油藏模拟，到极端天气预报等，高性能计算都守护着国家安全和安宁。因此，高性能计算也成为衡量国家之间综合实力的基准之一，被视为国家实力的象征。2020年以来，十四五和新基建驱动我国高性能计算中心建设进入高速增长期，多地地方政府和企事业单位都在积极建设和筹建高性能计算中心。 1.1. 高性能计算是什么？ 高性能计算是指将多个计算节点组织起来，通过网络连接在一起，进行协同工作，组成一台性能更强大的计算机，通常指具有极快运算速度、极大存储容量、极高通信带宽的一类计算机。高性能计算能够让整个计算机集群为同一个任务工作，以更快的速度来解决一个复杂问题。一台高性能计算上往往执行一个任务（或者有限的几个任务）。全部的计算机资源都被倾注到同一个任务中。为了解决同一个问题，集群的不同计算机之间要有非常好的沟通能力。 图1：高性能计算节点互联示意图 数据来源：中国高性能计算专业委员会，东吴证券研究所 高性能计算机是计算机和网络的结合。假设说互联网从外部将分立的计算机连接在一起，那么集群则是将网络内部化，让网络成为系统内部不同计算机的沟通桥梁。首先创造性发明集群的是有“高性能计算之父”之称的Seymour Cray。在1960年代，可以进行高性能运算的仅仅是经过特别设计的、昂贵的大型机。这些大型机需要复杂的回路以实现高运算频率，所以其设计和生产周期都非常长。Seymour Cray提出并行是提高计算机性能的有效方式。1964 年，Seymour Cray研制的CDC 6600问世，他将多个普通的处理器连接起来，并使得这些处理器协同工作。政府和科研部门开始采购这样的新型的高性能计算机，以代替原有的大型机。高性能计算机为登月计划等大型科研项目做出了不可磨灭的贡献，开启了高性能计算技术和产业多年的持续发展与繁荣。 高性能计算近60年的演变路线可简单地分为2个阶段：Cray时代和多计算机时代。（1）Cray时代。从20世纪60—90年代初期的30年被称为“Cray时代”，以单一 请务必阅读正文之后的免责声明部分 东吴证券研究所 行业跟踪周报 5 / 10 内存向量机的技术革新为主导，Cray定义和引领了前 30 年的高性能计算市场。第一个30年研制以“顶天”为主，仅服务于国家战略部门。（2）多计算机时代。从20世纪90年代迄今的后30年被称为“多计算机时代”，由于微处理器的出现，以及大量工业标准硬件的普及，以大规模互连多个通用乃至商用的计算部件的可扩展系统结构的技术创新主导了迄今为止的高性能计算发展。后30年的高性能计算机在满足国家战略应用对性能巅峰需求的同时，“立地”成为发展的