Exaskaalin laskentajärjestelmien markkinaraportti 2025: Kasvu- ja teknologiamuutosten paljastaminen sekä globaalit mahdollisuudet. Tutki keskeisiä trendejä, ennusteita ja kilpailuympäristöä, jotka muokkaavat seuraavat 5 vuotta.

• Yhteenveto ja markkinakatsaus
• Keskeiset teknologiset trendit exaskaalin laskentajärjestelmissä
• Kilpailuympäristö ja johtavat toimijat
• Markkinakasvuennusteet (2025–2030): CAGR, tulos ja volyymin analyysi
• Alueellinen markkina-analyysi: Pohjois-Amerikka, Eurooppa, Aasia ja muu maailma
• Tulevaisuuden näkymät: Uudet sovellukset ja sijoituspaikat
• Haasteet, riskit ja strategiset mahdollisuudet
• Lähteet ja viitteet

Yhteenveto ja markkinakatsaus

Exaskaalin laskentajärjestelmät edustavat transformaatiota suorituskykyisessä laskennassa (HPC), määritettynä niiden kyvyn suorittaa vähintään yksi exaflop, tai miljardibillion (10¹⁸) laskentatehtävää sekunnissa. Vuoteen 2025 mennessä globaali exaskaalin laskentamarkkina on keskeisessä vaiheessa, joita ohjaavat läpimurrot prosessorarchitectureissa, yhteys- ja energiatekniikoissa. Nämä järjestelmät ovat kriittisiä mahdollistajia tieteelliselle löydökselle, tekoälylle (AI), ilmastomallinnukselle ja kansalliselle turvallisuudelle, tarjoten ennennäkemätöntä laskentatehoa monimutkaisten, tietointensiivisten ongelmien ratkaisemiseksi.

Exaskaalin laskentamarkkina on merkittävien investointien kohteena hallituksilta ja johtavilta teknologiayrityksiltä. Yhdysvallat, Kiina, Japani ja Euroopan unionin maat ovat eturintamassa, jokainen lanseeraten kansallisia aloitteita kehittääkseen ja ottaakseen käyttöön exaskaalijärjestelmiä. Yhdysvaltain energiaosasto on johtanut projekteja, kuten Frontier, Aurora ja El Capitan, joista Frontieristä tuli maailman ensimmäinen julkisesti tunnustettu exaskaalinen supertietokone vuonna 2022. Kiina ja Japani ovat myös saavuttaneet merkittävää edistystä, kuten Sunway OceanLight ja Fugaku, jotka vievät suorituskyvyn ja sovellusten rajoja.

Gartnerin mukaan globaalin exaskaalin laskentamarkkinan arvioidaan kasvavan yli 25 %:n vuotuisella kasvuvauhdilla (CAGR) vuosina 2023–2028, ohjattuna kysynnästä lääketeollisuuden, energian, ilmailun ja rahoituksen aloilla. Markkinoiden koon odotetaan ylittävän 10 miljardia dollaria vuoteen 2025 mennessä, kattaen laitteistoa, ohjelmistoa ja palveluja. Keskeisiä alan toimijoita ovat Intel Corporation, Advanced Micro Devices (AMD), NVIDIA Corporation, IBM ja Hewlett Packard Enterprise (HPE), jotka kaikki tekevät yhteistyötä tutkimuslaitosten ja hallitusten kanssa edistääkseen exaskaalin kyvykkyyttä.

Haasteita on edelleen erityisesti energiansyönnissä, järjestelmien luotettavuudessa ja ohjelmistojen skaalaustarpeissa. Kuitenkin jatkuva innovaatio piirisuunnittelussa, jäähdytysratkaisuissa ja ohjelmointimalleissa ratkaisee näitä esteitä vähitellen. Exaskaalin aikakauden odotetaan kiihdyttävän edistystä AI:ssa, genomiikassa, materiaalitieteessä ja digitaalisissa kaksoiskappaleissa, asemoiden exaskaalin laskentateknologian tieteellisen ja teollisen kehityksen kulmakiveksi vuoteen 2025 ja sen yli.

Keskeiset teknologiset trendit exaskaalin laskentajärjestelmissä

Exaskaalin laskentajärjestelmät, määritettynä niiden kyvystä suorittaa vähintään yksi exaflop (10¹⁸ liukulukuoperaatiota sekunnissa), ovat huippuluokan suorituskyvyn laskennan (HPC) innovaation eturintamassa. Vuoteen 2025 mennessä useat keskeiset teknologiset trendit muokkaavat näiden järjestelmien kehitystä ja käyttöönottoa, joita ohjaa tarve ennennäkemättömälle laskentateholle aloilla kuten ilmastomallinnuksessa, lääkekehityksessä ja tekoälyssä.

• Heterogeeniset arkkitehtuurit: Exaskaalijärjestelmät turvautuvat yhä enemmän heterogeenisiin arkkitehtuureihin, jotka yhdistävät perinteiset CPU:t ja kiihdyttimet, kuten GPU:t ja erikoistuneet AI-piirit. Tämä lähestymistapa optimoi suorituskyvyn ja energiatehokkuuden moninaisten työkuormien hyväksi. Esimerkiksi Frontier-supertietokone Oak Ridge National Laboratoryssa hyödyntää AMD:n CPU:ita ja GPU:ita saavuttaakseen exaskaalin suorituskyvyn.
• Energiahyötysuhde ja jäähdytys: Energian kulutus on yhä kriittinen haaste. Innovaatiot nestejäähdytyksessä, kehittyneissä energianhallintaratkaisuissa ja energiatehokkaassa prosessoriarkkitehtuurissa ovat välttämättömiä, jotta exaskaalijärjestelmät pysyvät toimintakunnossa käytännöllisissä energiabudjeteissa. TOP500 -lista korostaa, että johtavat exaskaalijärjestelmät saavuttavat nyt parempia suorituskykyä wattia kohden kuin aikaisemmat sukupolvet.
• Keinotekoiset yhteydet: Korkean nopeuden, matalan viiveen yhteydet ovat elintärkeitä suorituskyvyn skaalaamiseksi miljoonille ytimille. Teknologiat, kuten InfiniBand, mukautetut verkkotopologiat ja optiset liitännät, otetaan yhä enemmän käyttöön, jotta viestintäpulmat minimoitaisiin. NVIDIA ja Intel ovat tämän alan johtajia.
• Ohjelmistoekosysteemi ja siirrettävyys: Exaskaalilaitteiston monimutkaisuus vaatii vankkoja ohjelmistokehyksiä ohjelmointiin, optimointiin ja siirrettävyyteen. Avointen lähdekoodien aloitteet, kuten OpenMP ja OpenACC, kehittyvät tukemaan heterogeenistä laskentaa, kun taas uusia työkaluja suorituskyvyn analysoimiseksi ja virheenkorjaamiseksi on syntymässä.
• AI-integraatio: Exaskaalijärjestelmät optimoidaan yhä enemmän AI:ta ja koneoppimista varten, ja ne sisältävät omat laitteisto- ja ohjelmistopaketit. Tämä trendi on esimerkki AI-kiihdyttimien integraatiosta ja hybridi-HPC-AI-prosessien kehittämisestä, kuten Yhdysvaltain energiaosaston tukemissa projekteissa.

Nämä trendit mahdollistavat yhdessä exaskaalin laskentajärjestelmiä vastaamaan kasvaviin tieteellisen tutkimuksen ja teollisuuden vaatimuksiin, asettaen perustan läpimurroille tietointensiivisissä ja laskennallisesti monimutkaisissa alueilla.

Kilpailuympäristö ja johtavat toimijat

Exaskaalin laskentajärjestelmien kilpailuympäristö vuonna 2025 on luonteenomaista tiukka kilpailu harvan globaalin teknologiayrityksen kesken, joista jokainen pyrkii tarjoamaan voimakkaimmat, tehokkaimmat ja skaalautuvimmat supertietokonesratkaisut. Markkinat ovat pääosin hallitusten tukemien aloitteiden, kansallisten turvallisuushuolien ja kasvavan kysynnän kehittyneiden tieteellisten tutkimuskykyjen vuoksi. Yhdysvallat, Kiina, Japani ja Euroopan unioni ovat eturintamassa, ja niiden respective teknologiagurut ja tutkimuslaitokset johtavat aloitetta.

• Hewlett Packard Enterprise (HPE): HPE on yhteistyössä AMD:n ja NVIDIA:n kanssa toimittanut Frontier-järjestelmän Oak Ridge National Laboratoryyn, joka tuli maailman ensimmäiseksi viralliseksi exaskaaliseksi supertietokoneeksi vuonna 2022. HPE jatkaa Cray-mallistonsa ja kehittyneiden yhteysteknologioidensa hyödyntämistä pitääkseen johtavuutensa exaskaalisegmentissä.
• Lenovo: Suurena suorituskykyisten laskentajärjestelmien (HPC) toimittajana Lenovolla on merkittävä asema globaalilla supertietokantamarkkinalla erityisesti Kiinassa ja Euroopassa. Yritys investoi energiatehokkaisiin arkkitehtuureihin ja nestejäähdytykseen vastatakseen exaskaalijärjestelmien energiankäytön ja lämpötasapainon haasteisiin.
• Fujitsu: Fujitsu kehitti Fugaku-supertietokoneen yhteistyössä RIKENin kanssa, joka johti TOP500-listaa vuosina 2020 ja 2021. Fujitsu keskittyy nyt seuraavan sukupolven Arm-pohjaisiin prosessoreihin ja AI-integraatioon tulevassa exaskaalijärjestelmien käyttöönotossa.
• Inspur: Inspur on hallitseva toimija Kiinan HPC-markkinoilla, toimittamalla järjestelmiä kansallisiin exaskaaliprojekteihin, kuten Sunway ja Tianhe -sarjat. Yritys on tiiviisti sidoksissa hallituksen tukemiin T&K-pyrkimyksiin saavuttaakseen itsenäisiä exaskaalikyvykkyyksiä.
• Atos: Atos johtaa Euroopan exaskaalialoitetta tarjoten BullSequana X -supertietokoneita Euroopan korkean suorituskyvyn laskennan yhteishankkeelle (EuroHPC JU). Atos investoi kvanttikiihdytettyihin ja hybrideihin exaskaalirakenteisiin.

Kilpailudynamiikka muokkautuu entistä enemmän strategisten kumppanuuksien, hallituksen rahoituksen ja omien prosessorien ja yhteyksien kehittämisen kilpailun myötä. Maisema odottaa kehittyvän nopeasti uusien exaskaalijärjestelmien käyttöönoton myötä ja uusien toimijoiden, kuten Etelä-Korean ja Intian, tullessa mukaan, mikä kiristää globaalikilpailua ja innovaatioita.

Markkinakasvuennusteet (2025–2030): CAGR, tulos ja volyymin analyysi

Exaskaalin laskentajärjestelmien markkinat ovat merkittävien laajentumisen kynnyksellä vuosina 2025–2030, kasvavan kysynnän vuoksi suorituskykyiselle laskennalle (HPC) eri aloilla, kuten tieteellisessä tutkimuksessa, tekoälyssä, ilmastomallinnuksessa ja kansallisessa turvallisuudessa. Gartnerin ennusteiden mukaan globaali HPC-markkina, johon kuuluvat exaskaalijärjestelmät, odotetaan ylläpitävän vankkaa vuotuista kasvuvauhtia (CAGR) noin 8–10 % tämän ajanjakson aikana. Tämä kasvu perustuu sekä julkisiin että yksityisiin investointeihin seuraavan sukupolven supertietokanta-infrastruktuuriin.

Exaskaalin laskentajärjestelmien tuoton ennustetaan ylittävän 15 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä, verrattuna arvioituun 7,5 miljardiin dollariin vuonna 2025, kuten International Data Corporation (IDC) raportoi. Tämä nousu johtuu exaskaalijärjestelmien lisääntyneestä käyttöönotosta kansallisissa laboratorioissa, tutkimuslaitoksissa ja suurissa yrityksissä, jotka pyrkivät nopeuttamaan tietointensiivisiä työkuormia. Exaskaalijärjestelmien asennusten määrä myös kasvaa, ja yli 50 toimivaa exaskaaliluokan järjestelmää odotetaan globaalisti vuoden 2030 loppuun mennessä, kun vuonna 2025 niitä on alle 10, kuten TOP500 ennustaa.

• CAGR: Exaskaalin laskentamarkkinoiden odotetaan kasvavan 8–10 % CAGR:a vuosina 2025–2030, ylittäen laajemman HPC-markkinan erityisten exaskaalijärjestelmien kykyjen ja sovellusten vuoksi.
• Tulot: Markkinatulot ennustetaan kaksinkertaistuvan, ylittäen 15 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä, julkisten aloitteiden (kuten Yhdysvaltain energiaosaston Exaskaalinen laskentahanke) ja kaupallisen käyttöönoton kasvaessa.
• Volyymi: Exaskaalijärjestelmien määrä odotetaan lisääntyvän viisi kertaa, mikä heijastaa sekä teknologisia edistysaskeleita että laajemman käyttäjäkunnan saamista exaskaalin laskentatehon piiriin.

Keskeisiä kasvun moottoreita ovat kehitys prosessoriarkkitehtuurissa, energiatehokkaat järjestelmäsuunnitelmat sekä AI- ja koneoppimistyökuormien integraatio. Haasteet, kuten korkeat investointikustannukset, energiansyönti ja erikoistuneen ohjelmiston tarve, saattavat kuitenkin hidastaa käyttöönoton vauhtia tietyillä alueilla. Huolimatta tästä, exaskaalin laskentajärjestelmien yleinen näkymä vuosina 2025–2030 on erittäin positiivinen, jatkuvien investointien ja innovaatioiden odotetaan vauhdittavan markkinoita eteenpäin.

Alueellinen markkina-analyysi: Pohjois-Amerikka, Eurooppa, Aasia ja muu maailma

Globaali exaskaalin laskentajärjestelmien markkina on merkittävän kasvun kynnyksellä vuonna 2025, alueellisten dynamiikoiden ollessa muokattu hallituksen investointien, teollisuuden kysynnän ja teknologisen infrastruktuurin myötä. Markkinat on pääasiassa jaettu Pohjois-Amerikkaan, Eurooppaan, Aasiaan ja muuhun maailmaan, joilla kaikilla on ainutlaatuisia trendejä ja kasvumoottoreita.

• Pohjois-Amerikka: Pohjois-Amerikka, Yhdysvaltojen johdolla, pysyy exaskaalin laskennan kehityksen eturintamassa. Yhdysvaltain energiaosaston Exaskaalinen laskentahanke on johtanut järjestelmien, kuten Frontier ja Aurora, käyttöönottoon, asemoiden alueen globaaliin johtoon sekä tutkimuksessa että kaupallisissa sovelluksissa. Suurten teknologiayritysten, kuten Intel Corporationin, Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) ja NVIDIA Corporation, läsnäolo vauhdittaa innovaatiota entisestään. Vuonna 2025 Pohjois-Amerikan odotetaan olevan suurin markkinaosuus, jota vauhdittavat jatkuvat liittovaltion rahoitukset sekä voimakas ekosysteemi AI:n, ilmastomallinnuksen ja elämätieteen tutkimuksen alalla TOP500.
• Eurooppa: Eurooppa edistyy nopeasti exaskaalin tavoitteissaan Euroopan korkean suorituskyvyn laskennan yhteishankkeen (EuroHPC JU) avulla. Alueen painopisteenä on digitaalisen infrastruktuurin itsenäisyys ja tieteellisen tutkimuksen tukeminen. Aloitteet, kuten LUMI ja JUPITER -supertietokoneet, odottavat käyttöönottamista vuonna 2025, mikä parantaa Euroopan kilpailukykyä. Euroopan markkinat ovat luonteenomaisia vahvat julkiset ja yksityiset kumppanuudet sekä kasvava painopiste energiatehokkaissa exaskaalin järjestelmissä, linjaten EU:n vihreän kehityksen tavoitteita HPCwire.
• Aasia ja Tyynimeri: Aasia ja Tyynimeri, erityisesti Kiina ja Japani, ovat dynaaminen ja nopeasti kasvava markkina exaskaalin laskennalle. Kiinan hallituksen tukemat ohjelmat ovat johtaneet luksus-exaskaalin prototyyppien kehittämiseen, ja täysmittaista käyttöönottoa odotetaan vuonna 2025. Japanin Fugaku-supertietokone, jonka ovat kehittäneet RIKEN ja Fujitsu, asettaa yhä suorituskyvyn ennätyksiä. Alueen kasvu johtuu sijoituksista tieteelliseen tutkimukseen, sään ennustamiseen ja kansalliseen turvallisuuteen TOP500.
• Muu maailma: Vaikka muiden maiden markkinoiden käyttöönotto on edelleen alkuvaiheissa, Lähi-idän ja Latinalaisen Amerikan maat tutkivat exaskaalin kyvykkyyksiä energian, terveydenhuollon ja ilmastotutkimuksen alalla. Strategisten yhteistyösuhteiden muodot vakiintuneiden toimittajien ja kansainvälisten tutkimuskonsortioiden kanssa odotetaan vauhdittavan vähittäistä kasvua näillä alueilla Gartner.

Yhteenvetona vuonna 2025 Pohjois-Amerikka ja Aasia ja Tyynimeri johtavat exaskaalin laskennan käyttöönottoa, Euroopan sulkeutuessa kuilussa koordinoidun politiikan ja investointien avulla. Muu maailma nousee tulevaisuuden kasvurajamaaksi, tosin hitaammalla tahdilla.

Tulevaisuuden näkymät: Uudet sovellukset ja sijoituspaikat

Katsoessamme vuoteen 2025, exaskaalin laskentajärjestelmät ovat valmiita katalysoimaan uuden innovaation aallon useilla aloilla, ja uudet sovellukset ja sijoituspaikat heijastavat sekä teknologisia edistyksiä että strategisia kansallisia prioriteetteja. Kun exaskaalijärjestelmät – jotka pystyvät suorittamaan vähintään yhden exaflopin tai miljardibillion laskentatehtävää sekunnissa – tulevat käyttöön, niiden vaikutuksen odotetaan olevan voimakkaimmin havaittavissa alueilla, jotka vaativat äärimmäistä laskentatehoa ja tietoanalyysiä.

Keskeisiä uusia sovelluksia ovat kehittynyt ilmastomallinnus, lääkekehitys, genomiikka ja materiaalitiede. Esimerkiksi exaskaalijärjestelmät mahdollistavat yksityiskohtaisempia ja tarkempia ilmastosimulaatioita, tukien sekä tieteellistä tutkimusta että päätöksentekoa globaalin ilmastonmuutoksen edessä. Terveydenhuollossa exaskaalin laskennan odotetaan kiihdyttävän personoidun lääkkeen kehittämistä käsittelemällä valtavia genomi-datasettejä ja simuloimalla monimutkaisista biologisia prosesseja ennennäkemättömillä nopeuksilla. Yhdysvaltain energiaosaston Exaskaalinen laskentahanke korostaa näitä alueita ensisijaisina hyötyjinä, jatkavien yhteistyökuvioiden myötä hallituksen, akatemian ja teollisuuden välillä.

Tekoäly (AI) ja koneoppiminen (ML) hyötyvät myös merkittävästi. Exaskaalijärjestelmät helpottavat suurempien ja monimutkaisempien AI-mallien kouluttamista, johtamalla edistysaskeliin luonnollisessa kielen käsittelyssä, autonomisissa järjestelmissä ja reaaliaikaisessa analytiikassa. Tämä avaa uusia sijoitusmahdollisuuksia aloilla, kuten autonomiset ajoneuvot, taloudelliset mallit ja kyberturvallisuus, missä nopea tietojen käsittely ja päätöksenteko ovat kriittisiä.

Maantieteellisesti sijoituspaikat nousevat Yhdysvalloissa, Kiinassa, Japanissa ja Euroopan unionissa, jokainen kilpailee johtajuudesta exaskaalin kyvykkyksissä. Yhdysvallat on jo lanseerannut ensimmäisen exaskaalijärjestelmänsä, Frontierin, Oak Ridge National Laboratory:ssa, ja lisäjärjestelmiä on suunnitteilla. Kiinan kerrotaan käyttävän useita exaskaalin prototyyppejä, kun taas Euroopan unionin EuroHPC-yhteistyö investoi voimakkaasti kotimaiseen exaskaalin infrastruktuuriin. Nämä aloitteet houkuttelevat merkittäviä julkisia ja yksityisiä investointeja, ja markkina-analyytikoiden mukaan globaalin korkean suorituskyvyn laskennan (HPC) markkinan odotetaan ylittävän 60 miljardia dollaria vuoteen 2025 mennessä, suurimmaksi osaksi exaskaalin käyttöönoton myötä (HPCwire).

Yhteenvetona vuonna 2025 exaskaalin laskentajärjestelmät tukevat läpimurtoja tieteessä, teollisuudessa ja AI:ssa, ja investoinnit keskittyvät alueisiin ja aloihin, jotka pystyvät hyödyntämään näitä kykyjä kilpailuetujen ja yhteiskunnallisten etujen saavuttamiseksi.

Haasteet, riskit ja strategiset mahdollisuudet

Exaskaalin laskentajärjestelmät, jotka pystyvät suorittamaan vähintään yhden exaflopin (10¹⁸ liukulukuoperaatiota sekunnissa), edustavat transformaatiota laskentatehossa. Kuitenkin tie laaja-alaiseen käyttöönottoon ja hyödyntämiseen vuonna 2025 on merkitty merkittävillä haasteilla, riskeillä ja strategisilla mahdollisuuksilla.

Haasteet ja riskit

• Energiankulutus ja tehokkuus: Exaskaalijärjestelmät vaativat valtavasti energiaa, arvioiden vaihdellessa 20:stä 40 megawattiin per järjestelmä. Tämä aiheuttaa sekä toimintakustannusten huolia että kestävyyshaasteita, kun datakeskukset pyrkivät tasapainottamaan suorituskyvyn ympäristövaikutusten kanssa (TOP500).
• Laitevarmuus: Exaskaalin arkkitehtuurien räjähdysmäinen laajuus, johon usein kuuluu miljoonia ytimistä, lisää laitevikoja. Järjestelmän kestävyyden varmistaminen ja seisokkiajan minimoiminen vaatii edistyneitä vikasietoisuussuunnitelmia ja ennakoivia huoltostrategioita (Hewlett Packard Enterprise).
• Ohjelmistojen skaalaus: Perinteiset tieteelliset koodit ja sovellukset kamppailevat usein tehokkaasti skaalaamisen kanssa exaskaalialustoilla. Uusien ohjelmointimallien, optimoitujen algoritmien ja vankkojen ohjelmistoeekosysteemien tarve on kriittinen exaskaalin kyvykkyyksien täysimääräiseksi hyödyntämiseksi (Oak Ridge National Laboratory).
• Toimitusketjun ja geopoliittiset riskit: Exaskaalikilpajuoksu on syvästi kytköksissä globaalien toimitusketjujen kanssa kehittyneille puolijohteille ja korkeasuorituskykyisille komponenteille. Geopoliittiset jännitteet ja vientirajoitukset voivat häiritä kriittisten teknologioiden saatavuutta, vaikuttaen projektiaikatauluihin ja kansalliseen kilpailukykyyn (Brookings Institution).

Strategiset mahdollisuudet

• Tieteellinen löydös: Exaskaalijärjestelmät mahdollistavat läpimurroksia ilmastomallinnuksessa, lääkekehityksessä ja materiaalitieteessä, tarjoten kilpailuetua kansakunnille ja organisaatioille, jotka hyödyntävät niiden voimaa (Yhdysvaltain energiaosasto).
• AI ja tietoanalytiikka: Exaskaalin laskennan ja tekoälyn (AI) yhteensopivuus avaa uusia rajoja suurten datamassojen analysoimiseen, autonomisiin järjestelmiin ja reaaliaikaiseen päätöksentekoon (NVIDIA).
• Julkiset ja yksityiset kumppanuudet: Yhteistyö hallituksen, akatemian ja teollisuuden välillä kiihdyttää innovaatiota, vähentää riskejä ja varmistaa vahvan osaajapoolin exaskaalin tutkimuksen ja kehityksen alueilla (Intel).

Lähteet ja viitteet

• NVIDIA Corporation
• IBM
• TOP500
• OpenMP
• OpenACC
• Lenovo
• Fujitsu
• Atos
• International Data Corporation (IDC)
• EuroHPC JU
• RIKEN
• Oak Ridge National Laboratory
• Brookings Institution