钱德沛，中国科学院院士，北京航空航天大学教授，长期从事计算机体系结构和高性能计算系统研究，主持研发了国家高性能计算环境CNGrid，提出了改善众核并行编程的系统性方法，促进了高性能计算的普及应用。作为高性能计算方向国家重大项目总体组长，他带领团队确立了高性能计算机的体系结构和技术方案，实现了高性能计算机的跨越发展，两次获得国家科技进步奖二等奖。

　　算力，即计算能力，是信息时代的核心动力。从古代的结绳记事、算筹、算盘，到如今云计算每秒百亿亿次的超凡计算能力，算力大小直接影响着数据处理的速度和效率。从智能手机的每一次触屏响应，到人工智能的颠覆性突破；从气象预测的精准模拟，到智慧城市的高效运转——算力，如同工业时代的电力，渗透到社会运转的每一个角落。截至2025年6月底，我国算力总规模位于全球第二，已经建设高质量数据集超过3.5万个，总体量超过了400PB。那么，算力如何推动千行百业数字化转型？又如何重塑国家竞争实力？

　　算力的跨越式发展：从实验室到基础设施

　　人类第一台通用电子计算机ENIAC诞生于1946年的美国，这台使用了17468个真空电子管、占地170平方米、耗电174千瓦的“庞然大物”，每秒仅能完成5000次加法运算。而如今，美国E级超算“酋长岩”（ElCapi-tan）的运算速度已达每秒270亿亿次浮点运算。不到80年，算力增长超500万亿倍，远超摩尔定律的预测。从全球超级计算机性能发展数据来看，计算机的性能每10——11年提升1000倍，如今最快的计算机已跨越百亿亿次门槛。一块小小的芯片，算力便能超越过去占据数百平方米机房的巨型计算机的水平，堪称人类科技史上的奇迹。

　　更重要的是，算力已成为社会基础设施，如同人们熟悉的运力（火车、汽车等交通能力）和电力（衡量发电量与消耗量的能源能力），其发展经历了几个阶段：20世纪50——60年代的主机时代，仅少数大机构能用，因机器昂贵需“人围着机器转”避免浪费；70年代的小型机时代，进入学校供学生大量使用；70年代末——80年代起的微机时代，走入千家万户，个人开始拥有计算能力；当前的算网融合时代，计算融入各行各业、万物互联，无需到机房操作，通过互联网即可按需使用数据与算力，这正是基础设施的核心特征。

　　中国超算的突围之路：从“卡脖子”到世界领先

　　20世纪六七十年代，美国、日本超算技术迅猛发展，1976年世界第一台亿次超算“克雷一号”问世，可以快速完成其他计算机难以胜任的大规模复杂运算，而我国因缺乏高性能计算机，科学研究、经济发展和国防建设受到严重制约。当时，我国石油部门想买美国1亿次计算机被拒，只能购入400万次机型，还要受美方严格管控——机房钥匙由美国人掌握，甚至需将石油矿藏资料送美处理，既耗费巨资又泄露机密。

　　正是这种“卡脖子”的困境，催生了中国超算的自主突破。1983年，我国第一台超算“银河一号”问世，以每秒超1亿次浮点运算的算力，将中美差距从12年缩短至7年。

　　1986年，“863计划”为超算发展点亮曙光。计划初期聚焦智能计算机，要做能听、能说的计算机，还能够写，这种是和人一样有交互能力的计算机。1990年因产业迫切需求转向并行计算机，催生了“曙光”系列超算。此后，我国一步步跨越算力门槛：从万亿次（T级）到千万亿次（P级），再到百亿亿次（E级）。

　　2006年规划“十一五”发展时，我国科研团队突破保守思路，瞄准《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006——2020年）》中发展具有每秒千万亿次以上浮点运算能力和高效可信的超级计算机系统的目标，最终成功研制出3台千万亿次超算：“曙光6000”（亚洲第一，3000万亿次）、“神威蓝光”（全自主处理器，1000万亿次）、“天河一号”（4700万亿次）。2010年，“天河一号”登顶世界超算Top500，让中国超算站在了全球巅峰。

　　从全球超级计算机500强榜单数据看，中国超算上榜总数长期位居前列，“神威・太湖之光”“天河二号”等机型持续保持靠前排名。这些超算不仅在性能上跻身世界前列，更在实际应用中展现出强大效能。

　　算力赋能千行百业：上天入地，无处不在

　　如今，算力已从“高岭之花”变为服务社会的“基础设施”，在“上天、入地、下海”各领域大显神通。“上天”包括气象预报、卫星轨道及数据处理、飞行器与飞机研制、遥感图像处理等；“入地”涵盖石油及各类矿藏勘探，被国家地质调查局广泛应用；“下海”则服务于海洋研究、船舶设计等国家海洋发展战略；更重要的是“算人”，这涉及基因排序、基因功能计算、新药研发及精准医疗技术研发等领域。

　　在科研与战略领域，超算为节能减排提供数字依据。超算通过地球系统模拟，将陆地、海洋、大气等自然圈层与人类活动、化学等圈层纳入模型，可精准预测百年尺度的气候变化规律。这为全球气候谈判中我国平衡发展与碳排放控制提供了数据支撑，也是我国提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的重要依据。

　　在民生保障领域，算力让天气预报越来越精准，已能实现小时级预报，数值预报准确率从传统经验预报的21.8%提升至90%。我国灾害频发，洪涝、风暴、寒潮等灾害造成严重经济损失，高精度短临及中长期预报可有效减少损失。例如，广东省气象局与国家超算中心研发的一公里级高分辨率气象模式，能快速更新未来6小时天气，提前3天预报90%以上台风生成，精度超过欧洲中期天气预报中心；清华大学等团队利用“神威・太湖之光”实现全球3公里分辨率数值预报，正推进中国区域一公里级海陆气多圈层耦合预报系统，支撑气候预测与精准天气预报。

　　在产业升级领域，算力成为行业转型的“加速器”。飞机设计中，过去飞机设计依赖物理风洞，需制作缩小模型进行吹风实验，不仅耗电多、成本高，还受限于模型制作等流程；如今通过计算机数值模拟（即数值风洞）研究飞行器外形及气动力性能，虽不能取代物理风洞，但能大幅减少实验次数，显著提升设计速度与质量。飞机设计涉及外形优化、噪声控制、结冰应对、发动机燃烧模拟等多学科领域，各学科间存在耦合影响，这种综合优化过程高度依赖高性能计算，若无强大算力，反复迭代优化将耗费大量时间。我国最新飞机设计借助算力实现加速，如运-20仅用5年便成功上天，较国外同类机型缩短3年，这与算力支撑密不可分。高铁通过算力分析影响寿命的关键因素，在保障安全的同时提升运行效率，每年节省数百亿元维修费。在汽车研发中，传统汽车安全性定型需进行上百次实体碰撞试验，通过在车中安装假人和传感器，加速撞击墙体后收集数据以判断汽车安全性、变形程度及气囊打开时间等。如今，计算机碰撞模拟程序可大幅优化这一过程：模拟实验成本低（仅耗电）、更精细，能灵活调整碰撞速度、车辆状态及假人状态等，实现实体实验难以完成的场景组合设置。这不仅为企业节省成本，更重要的是缩短了设计周期，提升了安全性和生产效率。仿真设计让压缩机高效节能，鼓风机、压缩机等大型流体机械（如南水北调的抽水机、输油用压缩机）耗电量占工业用电的30%——40%，其能耗每降低1%，每年可为国民经济节约超1500亿元（近10年前数据，当前节省额更高）。

　　在新能源与健康领域，算力同样不可或缺。中国新能源产业已实现从追赶到全球领先的跨越，20年间风力发电装机容量跃居世界前列。风力发电机的叶片设计、风场选址等均高度依赖计算，需综合长期气象数据与地形地貌确定最优方案。例如，无锡超算与远景能源合作的格林威治智慧风场项目，12天即可完成全国两年风资源测算，效率大幅提升；广州超算依托“天河二号”支撑远景能源风光场业务，其全球可再生能源服务平台将风电场投资效益提升20%，直接经济效益超220亿元。药物研发中，模拟计算让药物研发更加精准。传统活性化合物筛选需使用高纯度化合物实验，成本极高——如购买数百种化合物实验需32亿美元。而计算机模拟通过分子化合物库匹配靶标，优势显著：筛选范围广，开源库降低成本，还能实现传统实验难以完成的观察。例如，“天河二号”一天内即可完成4200万种已知结构小分子化合物的虚拟筛选，为埃博拉病毒等药物研发提速，这在过去难以想象。

　　挑战与展望：算力竞争是未来的关键战场

　　尽管成就显著，算力发展仍面临严峻挑战。一方面，算力增长趋缓，2013年后超算性能每10年增长从1000倍降至不足100倍，能耗约束是重要原因——当前超算最大功耗达四五十兆瓦，若增至数百兆瓦相当于小城市用电量，难以靠扩大规模提升性能。美国规划的“星际之门”智能超算系统，预计2028——2030年建成，投资约1000亿美元，含100万个计算芯片，功耗达5000兆瓦（每小时耗电500万度），接近长江三峡电站四分之一的发电量。可见，未来算力竞争实质是能源竞争。另一方面，人工智能的爆发式增长对算力需求呈指数级攀升。以1.8万亿参数的GPT4为例，其算力需求增长68倍，用2.5万个英伟达A100卡训练一次需90——100天，大模型训练对算力消耗极大。在此背景下，算力提供形式发生变化，除传统超算中心外，出现了面向人工智能的智算中心，以及需要大容量内存和虚拟化设备、服务通用数据的云算中心（通算中心），算力需求愈发多样化。

　　应对这些挑战，中国需走出自主创新之路：推动智算融合双向赋能，实现领域内“通专结合”；在关键技术上另辟蹊径，突破处理器依赖；建立软硬件协同的敏捷设计验证能力；更重要的是推动模式创新，以应用为导向普及算力，让算力从专家资源变为全民可及的基础设施。未来，我们要建设覆盖社会每个角落的“算力网络”，如同电网、路网般支撑国家创新。这需要将外部压力转化为芯片自主的动力，改变“重硬轻软”的现状，发展自主科学计算与工业软件，推动计算与AI深度融合，让经济社会运行从粗放走向精准，形成普惠的计算服务生态，建成强大算力，以支撑数字化转型与创新型国家建设。

　　总之，算力是数字时代的“发动机”。夯实算力基座，才能推动数字化转型，支撑创新型国家建设，让我国在新一轮科技革命和产业变革中占据主动。

（责编：郑继民）