先进计算技术发展研究报告(2025)

版权声明 本研究报告版权属于先进计算产业发展联盟，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本研究报告文字或者观点的，应注明“来源：先进计算产业发展联盟”。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。 前言 作为信息技术领域的基础和核心，计算技术对国民经济、社会发展发挥着基础性、渗透性、引领性的作用，是科技、经济、社会创新发展和产业能级跃升的重要驱动力。 在以大模型为代表的人工智能技术创新与应用驱动下，社会对计算能力的需求空前高涨，但随着“摩尔定律”演进趋势放缓，计算技术的传统演进路径面临挑战，先进计算技术创新成为破局关键，驱动着芯片演进、架构创新，推动计算产品向绿色安全方向发展，探索前沿计算技术落地应用。 我国高度重视先进计算技术创新，中共中央、国务院印发的《扩大内需战略规划纲要（2022－2035年）》提出，“全面提升信息技术产业核心竞争力，推动人工智能、先进通信、集成电路、新型显示、先进计算等技术创新和应用”。 为把握新一轮科技革命和产业变革机遇，推进先进计算技术创新，总结先进计算发展重点、亮点，推动产业各方达成技术共识，先进计算产业发展联盟编制本研究报告。 编制单位：先进计算产业发展联盟 参编单位：中国信息通信研究院、紫光展锐（上海）科技有限公司、联想（北京）有限公司、中国电信股份有限公司研究院、上海图灵智算量子科技有限公司、百度集团股份有限公司、麒麟软件有限公司、深圳鲲云信息科技有限公司 参编人员：聂一、邸绍岩、王骏成、潘振岗、朱勇旭、周晓萌、黎阳、蒋超、王永功、姜博文、吴娟、刘学丰、高翔、林显成、任佳伟、简晟、王钤、杨林、赵翔、方啸天、马艳军、徐华、张亮、蔡权雄、栾丽红 目录 一、先进计算技术发展背景 ................................. 1 （一） 先进计算技术体系概述 .............................. 1（二） 先进计算技术成为计算技术发展关键突破点 ............ 2（三） 先进计算技术产业发展面临的国际形势 ................ 2（四） 发展先进计算技术是国家发展战略需求 ................ 4 二、 先进计算技术总体发展现状 ............................ 5 （一）计算处理器与关键部件 ............................... 5（二）计算架构与体系 ..................................... 5（三）计算设备与系统 ..................................... 6（四）计算设施与安全 ..................................... 7 三、先进计算重点技术发展情况 ............................. 8 （一）计算处理器与关键部件 ............................... 8（二）计算架构与体系 .................................... 16（三）计算设备与系统 .................................... 27（四）计算设施与安全 .................................... 45 四、先进计算技术发展推进建议 ............................ 50 （一）加强关键核心技术研发 .............................. 50（二）打造产业各方协同生态 .............................. 50（三）推进先进计算标准制定 .............................. 51（四）持续探索前沿技术落地 .............................. 51 一、先进计算技术发展背景 （一）先进计算技术体系概述 先进计算技术体系由硬件底座、系统架构、计算设备以及基础设施等多个层面构成，旨在支撑多类型计算任务的高效执行。从整体框架来看，先进计算技术体系可划分为四个主要部分：计算处理器与关键部件、计算架构与体系、计算设备与系统、计算设施与安全。四者之间形成从芯片、架构、系统到设施的完整技术链条，相互支撑，共同构成先进计算体系的核心基础。 计算处理器与关键部件是先进计算体系的最底层要素，涵盖多类通用与专用处理器，包括CPU、GPU、ASIC、FPGA、DPU等，并包含高速互联部件、新型存储器和光电互联模块等关键组件。该部分负责提供基础算力、通信带宽与存储访问能力，是构建各类上层计算系统所必需的硬件核心。 计算架构与体系用于组织、协调和管理不同类型的处理器和关键部件，使其形成可协同运行的系统结构。内容涵盖异构计算架构、存算协同架构、可重构计算等，也进一步扩展至量子计算、类脑计算、光计算等新型范式的融合架构设计。该部分定义了计算资源的分工方式、执行模式和系统组织方式，是实现高效计算的结构基础。 计算设备与系统是先进计算体系在工程层面的具体实现形态，包括通用服务器、智算服务器、超算服务器、端侧设备、存储系统以及互联系统等；同时，还包括操作系统、数据库和中间件等基础支撑软件及人工智能系统软件与开发框架。该部分直接面向实际部署与应用，是承载计算任务的主体单元。 计算设施与安全作为体系的基础与保障层，主要包括数据中心、人工智能计算中心、超级计算中心等设施建设内容。安全部分主要围绕芯片安全与整机安全展开，涵盖硬件根信任、可信启动、固件与系统完整性保护、可信执行环境以及关键部件防篡改与隔离防护等能力，通过构建从芯片到整机的可信链条与协同防护机制，为先进计算系统的安全可控与稳定运行提供基础保障。 （二）先进计算技术成为计算技术发展关键突破点 先进计算能力正成为支撑数字经济发展的核心基础。在数字化、网络化、智能化加速推进的背景下，计算能力已成为重要的基础性资源。作为新一代信息技术产业的重要组成部分，先进计算持续向经济社会各领域延伸，其在产业发展和技术体系中的基础性、战略性作用不断增强。计算能力的提升不仅关系到数字化转型与智能化升级的推进进程，也逐渐成为各国在新一轮科技竞争中的关键支撑。 多技术协同创新推动先进计算体系加速演进。当前，计算硬件、软件系统、算法模型以及体系结构等多个层面持续迭代，相互促进，推动计算技术整体能力不断提升。同时，量子计算、类脑计算等新型计算范式不断涌现，并与现有计算技术形成交叉融合的发展态势，进一步拓展计算技术的发展空间。在此背景下，统筹推进先进计算基础能力建设、完善相关技术体系，已成为提升国家信息化水平并支撑数字经济持续发展的重要方向。 （三）先进计算技术产业发展面临的国际形势 美国依然是全球先进计算产业创新高地。当前，全球先进计算技术加速发展，技术迭代与产业渗透双向提速。以美国为代表的西方阵营凭借先发优势占据领先地位。在核心技术层面，7纳米以下先进制 程与异构集成技术突破，驱动芯片性能指数级提升。美国科技巨头凭借半导体材料与芯片架构积淀，掌控高算力、高带宽、高互联领域，重塑全球计算产业链，筑起技术护城河。在软件生态构建层面，国际龙头加快软硬件协同创新，深度融合算法框架与硬件平台。从PyTorch到CUDA，以软硬一体优化构建完整技术闭环，大幅提升算力供给能力。计算基础设施迈向集群化阶段，以万卡、十万卡级超大规模集群为核心，重塑高性能计算模式。美国率先建成十万卡级智能计算集群，通过2 Tbps节点带宽、自研互联技术及液冷方案，引领全球算力建设。在产业应用层面，美国在大模型、机器人、自动驾驶等领域拥有多家龙头企业，在全球先进计算产业发展中长期处于领先地位。 欧盟、日本和韩国等经济体持续将先进计算作为数字竞争力与科技安全的重要基础方向。通过战略引导、持续投入和标志性工程形成系统化布局。欧洲以“数字主权”为牵引，依托《欧洲芯片法案》《欧洲数字主权战略》等强化在高性能计算、低功耗计算、AI与量子计算等领域的自主能力建设，并通过“地平线欧洲”等科研计划加大对异构架构、能效优化及AI-HPC融合的支持力度，同时以LUMI、Leonardo等超算系统为代表，构建面向科研与产业开放的先进算力平台。日本长期围绕国家重大需求推进先进计算发展，通过系列科技与AI战略持续投入，在超级计算、类脑计算和光量子计算等方向开展前沿攻关，以“富岳”等自主超算系统为核心支撑基础科研、灾害预测和生命科学研究，体现出软硬件协同与自主技术突破并重的路径。韩国则以先进计算带动下一代ICT产业升级，通过《K-Cloud战略》《国家AI战略》等政策强化顶层设计，推动本土AI芯片和高性能计算平台研发，依托国家超级计算中心建设及与三星、SK等龙头企业 协同，在HBM、CXL互联及AI服务器系统集成方面加快创新布局。 （四）发展先进计算技术是国家发展战略需求 发展先进计算技术是保障国家安全和实现高水平科技自立自强的战略支点。当前，先进计算已成为支撑国防安全、经济安全和数据安全的关键基础设施，是人工智能、空天信息、核能安全、生物医药等战略领域不可或缺的底座能力。在国际科技竞争和地缘政治博弈加剧背景下，高端计算芯片、系统架构和算力平台正成为受限最严、封锁最强的关键环节。加快推进自主可控的先进计算技术体系建设，有助于突破外部技术封锁，夯实关键领域核心能力根基，是维护国家安全和提升综合国力的必然选择。 发展先进计算技术是推动经济高质量发展、培育新质生产力的重要引擎。随着数字经济向纵深发展，算力已与土地、资本、能源并列为关键生产要素，先进计算在支撑大模型训练、工业仿真、智能制造和智慧城市等场景中发挥着核心作用。通过持续提升算力供给能力和计算效率水平，能够加速科技成果转化，带动芯片、服务器、网络和软件等产业链整体升级，形成以先进计算为牵引的新型产业体系，为我国经济结构优化和长期竞争力提升提供持续动力。 发展先进计算技术是提升我国在全球科技竞争中话语权和规则塑造能力的关键抓手。当前，先进计算相关的芯片架构、互联协议、软件生态和应用范式正加速演进，发达国家和头部企业通过技术标准、生态体系和产业联盟持续巩固先发优势。加快布局自主先进计算技术路线，推动关键技术标准制定和产业生态建设，有助于我国从技术跟随向并行甚至引领转变，在新一轮全球科技和产业变革中掌握主动权，为参与国际规则制定和深化高水平开放合作提供坚实支撑。 二、先进计算技术总体发展现状 （一）计算处理器与关键部件 一是计算处理器总体呈现多架构并行、异构协同不断深化的发展态势。CPU在先进制程带来的性能提升逐步放缓背景下，正通过多核多线程设计、微架构优化和异构计算能力增强来提升通用计算效率，并与GPU、NPU、DPU等专用处理器形成协同分工，支撑高性能计算与人工智能等复杂负载；AI加速芯片则围绕更高算力密度、更低精度计算和更强系统级扩展能力快速演进，计算精度持续向FP8、FP4等方向发展，单芯片算力与集群级性能同步提升，软硬件协同和异构系统设计成为决定整体效能的关键。二是存储部件正由单纯提升容量和带宽，向服务算力体系和系统级协同优化转变。DDR5持续演进，HBM已成为高端算力系统中的关键资源，直接影响模型规模和训练效率，3D NAND通过堆叠层数提升和控制算法优化支撑大容量、低成本需求，新型非易失存储在特定场景加快探索，存储正逐步从被动配套部件转变为算力系统设计的重要变量。三是互联部件加速向更高带宽、更低时延和更低功耗方向演进。交换芯片与高速网络能力持续提升，光互联和光电融合技术不断深化，CPO、OIO等新型形态被用于突破板级互联和系统扩展瓶颈。 （二）计算架构与体系 一是计算架构总体呈现多路径并行、异构协同和可重构能力快速发展的态势。超节点、PD分离推理、异构混合加速器和可重构数据流架构不断演进，通过高带宽互联和算力单元灵活配置，实现大模型 训练与推理的高性能和高能效，国