對于工業和工程領域的企業而言，高性能計算在仿真模擬上的實際應用不僅降低了物理原型和實驗的數量和成本，而且還提高了設計質量和效率，提升了企業解決復雜技術難題的手段和能力，最終通過縮短新產品上市時間并加快新產品推出種類，增強企業在相關行業內的國內國際競爭力水平。

HPC分析公司Hyperion Research在國際超級計算大會（ISC）上宣布半年度HPC市場的變化，將其五年行業預測改為2023年達到440億美元（390億歐元） ，高于此前預測的390億美元（350億歐元）。

在其中，工業仿真和人工智能是HPC細分市場中增長速度是最快的，這證明人們在科技發展創新上對HPC的重用。在商業用途中，越來越多的企業使用HPC進行可擴展并行處理、快速數據遷移、超大內存系統和其他HPC功能等，還有高度數據密集的AI / ML / DL工作負載來進行仿真和分析。

工業發展對HPC有大量的需求

最早使用高性能計算機的航天領域，有大量的問題需要超算的支持。例如高超音速飛行器外形空氣動力學設計和分析、飛行器氣動熱、結構耦合分析、不同載荷條件下推進劑行為模擬、火箭電磁兼容性分析等都需要大規模的計算和仿真。

同時，高性能計算在數值風洞、氣動氣彈、結構強度、載荷疲勞等方面有大量的應用，進行民用飛機、軍用飛機和通用飛機的組件、部件、全機的計算、分析、研究和模擬等。

在核電工程方面，在核反應堆堆芯熱工水力分析，核反應堆保護和控制分析，核反應堆主冷系統流固耦合分析，核級設備應力分析與抗震力學分析等方面需要大規模的計算。

在汽車制造方面，車輛設計中的整車碰撞仿真、虛擬制造、整車空氣動力學設計、虛擬試車場等需要高性能計算作為支撐條件。

我國作為一個制造大國，面對工業4.0的來臨，工業產品研發和創新能力是重中之重，高性能計算機及工業軟件、工程化的體系應聯合起來，發揮強大的作用。

國內HPC的應用發展

近十年來，中國超級計算機的發展不斷取得令人矚目的成績。在2018年榜單中，“神威太湖之光”與“天河二號”分別位列高性能計算機TOP500排名中的第三、四名。高性能計算機的高速發展，極大促進了HPC與工程計算的緊密結合。

神威太湖之光

在十二五國家高技術研究發展計劃中也將高性能計算機系統的研制和多領域應用軟件研發結合起來，重點解決包括航空及航天飛行器全流場模擬、工程設備結構力學計算、復雜電磁環境模擬、真實感動漫渲染、新藥研發和蛋白質折疊模擬等在內的一系列重大科學發現和重要行業應用難題。

例如以上海為龍頭的長江三角洲地區是中國大型制造業的基地，在航天航空、汽車、船舶、核電工程等領域有舉足輕重的地位，在產品設計和研發過程中運用高性能計算資源取得了極大的進展，結合工程和科學計算的要求，結合高性能計算機的特性，開發高效率的計算方法，解決工程和科學問題。

國外企業對HPC的發展應用

企業信息化已成為當今企業核心競爭力的重要組成環節。當前全球制造業的巨頭公司內部都擁有自己的高性能計算機和相關部門專門用于產品設計和數據處理。

在美國，許多企業傾向與大學超級計算中心直接開展公私伙伴緊密合作，提供HPC計算資源，受益企業代表包括PPG 工業公司、微軟、摩托羅拉和美國鋁業等。同時由國家實驗室與企業進行HPC方面的合作，提供項目支撐。如“創新運算沖擊之理論與試驗計劃”(INCITE)，為固特異、夢工廠和寶潔等企業的創新發展提供幫助。

除此之外，美國國家競爭力委員會推動的地區性工業企業HPC應用，實施中西部HPC試點計劃，利用模擬仿真技術提高美國供應鏈中中小型企業的競爭力、創新力和企業生產效率。

在歐洲，高性能計算對于歐洲科學和經濟的發展有重要戰略作用。主要解決的工程類問題包括飛行器空氣動力學仿真、生物醫學流體仿真、燃氣輪機和內燃機、以及火災模擬等諸多方面。其中一個典型的案例是德國燃煤電廠利用計算機仿真技術來優化工廠的設計運轉，使得排放量、發電效率、設備使用率和安全性等指標都得到了提高。

日本作為制造工業強國，對HPC的運用尤其重視。在2006年開始實施“下一代超級計算機計劃”，組織分散在日本各地的高性能計算資源建立“高性能計算基礎設施”(HPCI)，將其作為國家的關鍵技術和基礎設施。在此基礎上已牽頭資助超過40家工業企業使用高性能資源，極大推動了仿真模擬技術發展。

結語

高性能計算已成為計算科學的主流，面向工業和工程的復雜問題，建立數學模型并開發高效能的軟件是目前應用的瓶頸之一。超級計算中心的運行模式是一種資源聚集的比較好的模式，是多學科融和，交叉和合作的平臺。在工業產品自主創新方面，CAE軟件起了很重要的作用，高性能計算和CAE的結合是中國走向智能制造的必經之路。

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