高性能計算(HPC)通常是指被稱為“超級計算機”的計算機系統，具有極高的計算力，能夠高速解決非常複雜的問題。運行成本很高，因為它們在國家安全（例如核模拟）、科學和醫學研究以及氣候模組化中都有用途。另外，大資料的興起和訓練人工智能(AI)都需要強大的計算能力。今天，美國的計算機和處理器公司主導着歐洲市場，而中國則開發着本土的計算能力。歐洲正在尋求通過發展其工業基礎來迎頭趕上，但也面臨着工業、技術和政治等内部障礙。
高性能計算趨勢
高性能計算機的概念出現1980年代末至1990年代初，随着大規模并行處理的出現，超級計算機開始建構具有數十萬個處理核心。下圖顯示了超級計算機計算能力從1990年代開始的增長速度。
HPC術語中的計算能力是以每秒浮點運算數(flop/s)來衡量的。雖然它以前以
gigaflop/s為機關來衡量，但現在計算機能力以petaflop/s為機關衡量，并且很快（可能到2021年底）将達到exaflop/s。就規模而言，千萬億次超級計算機的功能大約是高端筆記本電腦的一百萬倍
曆史上，政府一直在計算機技術的發展過程中發揮着重要作用，尤其是HPC技術。盡管近幾十年來，計算機晶片的發展由私營部門推動，尤其是智能手機行業。今天公共部門仍然是計算能力的主要消費者。2018年，在歐洲，超過90%的HPC運行由大學或學術研究中心完成，而其餘10%用于商業目的和最終使用者。而對于國家使用而言，則主要用于國家安全用途。超級計算機可以用于設計、開發、制造和測試武器（包括核武器）和武器平台。
由于超級計算機具有雙重用途，是以自1990年代以來它們一直受到出口限制。今天，由于對知識産權的擔憂，中美之間的競争明顯出現在HPC領域。2021年4月，拜登政府将幾家涉及HPC的實體添加到實體清單中，其中包括針對中國的國家超算中心（參與高超音速飛行器的仿真）。這會阻止美國技術向中國出口。
算力的全球分布
在全球範圍内，少數國家擁有強大的超級計算能力。中國和美國領先，其次是二線HPC強國：日本、德國、法國、荷蘭、愛爾蘭、英國和加拿大（見表下）
從公司來看，HPC領域排名前三的廠商分别是聯想（中國，全球第一，市場佔有率36.8%）、浪潮（中國，11.6%）、惠普企業（HPE，美國，9%）、中科曙光（中國，7.8%）和ATOS（法國，7.2%）。如果我們将HPE于2019年收購并占據6.4%市場佔有率的Cray包括在内，HPE以17.4%的份額上升至第二位。如果看計算機性能而不是市場佔有率，情況就會發生變化。第一大家是富士通（日本，19.8%）。Fugaku于2021年6月亮相，是世界上最強大的機器。它的威力是第二強的三倍。
除了前十名之外，我們還發現大型數字公司，特别是雲服務提供商，如MicrosoftAzure和AmazonWeb
下一個級别
邁向Exascale級别的機器
目前，高性能計算的特點是百億億級的發展競賽。Exascale計算機每秒将能夠執行10億次（1quintillion）的運算。換句話說，Exascale機器的功能将是迄今為止世界上最強大的機器的兩倍，比最好的歐洲機器強大二十倍。百億億級機器将在核電研究（例如下一代核彈頭）、氣候科學（例如溫度變化後果的預測）、高分辨率氣象學和海洋學等特定領域的模拟和3D可視化、生物和醫學研究（例如心髒生理學）方面發揮重要作用。一個國家在世界算力排名中的位置也是國家主權的展現。
中國和美國分别在2021年末和2022年投入自己的百億億級機器計劃。2015年7月，美國前總統巴拉克·奧巴馬(BarackObama)發起了一項國家戰略計算計劃，呼籲加速開發一個百億億級計算系統計劃——HPECray計劃。2021年底HPECray計劃傳遞了其第一台百億億級計算機到橡樹嶺國家實驗室（ORNL，隸屬于美國能源部），并在2022年實作全面的使用者營運。ORNL已經舉辦了峰會，該實驗室被評為2018‑2020年擁有世界上最強大的機器的實驗室。雖然2001年中國還沒有一台超級計算機，但2016年中國在全球超級計算機的性能和數量方面超過了美國。
今天，中國現在擁有全球最多的Top500超級計算機，盡管其機器總體上不如美國機器性能。中國希望在2021年底擁有第一台基于本土技術的百億億次機器，并是以可能成為第一個運行百億億次的國家。
此外，北京在其2021‑2025年的“十四五”發展規劃中，已将建設10個
國家百億億級超級計算中心的目标納入其中。全球其他國家正在尋求制造百
億億次機器，但它們的先程序度低于中國、美國或日本。這份名單包括南韓，它的目标是在2030之前實作本土處理器的國家百億億次計算機，而歐洲則尋求在2022年至2023年之前部署百億億次計算機。
歐洲的計算能力迎頭趕上
2018年，歐洲投資銀行(EIB)行長遺憾地表示，“雖然全球對HPC能力的需求有
三分之一來自歐洲工業、中小企業和研究人員，但隻有5%的HPC能力由歐洲本土HPC中心提供。“
歐洲計算能力的極限
法國公司Atos‑Bull是歐洲唯一的超級計算機硬體公司。Bull在1964年被通用電氣收購并離開。此後法國啟動了“計算計劃”，以支援法國國家計算能力的出現。Bull最終在1982年被國有化并在1994年重新私有化。最終，Atos在2014年接管了Bull。
在過去的二十年里，Bull和Atos‑Bull一直是超級計算機業務的重要參與者。
自2001年以來，在啟動(法國能源和原子能委員會（CEA）)核模拟計劃五年後，CEA與Bull建立了合作關系，後者于2005年向CEA傳遞了第一台機器（TERA‑10）。到2012年，Bull擁有三台機器進入世界前20名。今天，Atos‑Bull繼續提供CEA與仿真技術，以及供法國武裝部隊使用。如今，下一代核武器對3D計算的需求正在推動對更強大的計算機的搜尋和對百億億次機器的需求。
但Atos和其他歐洲公司并沒有出現在超級計算機的整個生産周期中。Atos
擁有自己的互連系統(BXI)，但處理器依賴于非歐洲制造商：美國公司AMD、英特爾和英偉達。正如Atos的一位代表所建議的那樣，該公司在處理單元供應商方面确實不盡人意。然而，法國和歐盟當局已将歐洲供應商的缺失視為一個問題，并尋求替代解決方案。2019年，CEA軍事部門負責人估計，雖然CEA一直在與英特爾合作，但未來應該有“一個主權的歐洲處理器”。
另一個問題是公共采購的選擇。政府采購計劃是HPC硬體供應商利潤來源的關鍵。當公司幾乎沒有機會向國外市場銷售時，尤其如此。今天，美國和中國對外國供應商保持市場關閉。在美國，國内産業目前在購買超級計算機方面受到“購買美國貨”要求的大力支援。
是以，像Atos這樣的歐洲公司無法将其機器出口到美國或中國，其市場主要位于歐洲（包括英國）、巴西和印度。而且，與美國或中國不同的是，在歐盟公共采購并不總是有利于本地供應商。令人驚訝的是，CNRS最大和最新的超級計算機JeanZay是HPE制造的，而不是Atos制造的。
另一個限制是歐洲公司缺乏基于雲的HPC服務。歐洲的雲服務供應商仍然主要
是美國公司。例如，法國公司Atos與GoogleCloud合作，為資料分析和機器學習提供混合雲解決方案。這對資料安全來說并非沒有問題。是以，EIB推動了歐洲雲産品的開發，包括HPC應用程式。
最後，歐洲存在資金問題，歐洲投資銀行在2018年呼籲對基礎設施、大資料通路和量身定制的複雜軟體解決方案進行大量投資。MariyaGabriel的調查顯示歐洲的數字經濟規模與美國、中國或日本相比，歐洲HPC每年的資金缺口為5億至7.5億歐元。該報告的一個結論是，歐洲沒有一個國家本身有能力可持續地建立以及維持百億億級HPC的生态系統。；
更多計算能力的計劃：
EuroHPC聯合承諾
随着大規模計算變得越來越普遍，HPC已成為近年來大多數歐盟成員國的優先考慮問題。從2015年開始，在美國和中國都制定了HPC計劃之後，這一
需求變得更加緊迫。是以，歐洲也面臨着以百億億級計算機為目标的壓力，并使歐洲不僅成為消費者，而且成為計算能力的生産者。在歐洲，現任歐盟工業專員、當時的Atos首席執行官蒂埃里·布雷頓(ThierryBreton)強烈支援該倡議。結果是歐洲範圍内的新HPC倡議和資金，作為歐洲數字基礎設施更
廣泛議程的一部分。
歐洲正在進行兩項計劃：一項建造歐洲超級計算機的計劃，包括被稱為EuroHPC聯合承諾的百億億次高性能計算，以及一項開發用于超大規模計算的歐洲微處理器的計劃，稱為歐洲處理器計劃或EPI。2017年，七個成員國德國、葡萄牙、法國、西班牙、意大利、盧森堡和荷蘭。簽署了建立EuroHPC聯合承諾的聲明。法律和資助實體成立于2018年。在EuroHPC于2020年9月成立之前，歐盟委員會的DGConnect做了很多初步工作。與此同時，兩個私人參與者（大資料價值協會和ETP4HPC）加入了公衆‑私人夥伴關系，以及包括挪威和土耳其（但不包括英國）在内的幾個國家‑達到33個成員。
在2019‑2021年的初始階段，JU的預算為10億歐元。2021年7月13日，歐洲理事會通過了一項關于建立EuroHPC的法規，進而允許現有活動繼續進行。新法規将增加該倡議的預算、人員配備和任務。2021‑2027年的EuroHPC資金（由參與國比對）将來自DigitalEurope（20億歐元）、HorizonEurope（9億歐元）和ConnectingEurope設施（2億歐元）。
這筆資金将用于雙重目标：在歐洲部署一流的超級計算基礎設施以滿足使用者的需求，并為歐洲的HPC技術開發一個研究和創新生态系統。JU的目标是到2023年部署兩台exascale機器，由法國和德國主導建設。在法國，CEA和Atos‑Bull之間的GENCI的合作正在推動HPC向exascale和post-TERA級别計算能力的發展。
2020年11月，他們選擇內建Fugaku的富士通A64FX處理器技術，開發法國第一台百億億次計算機。
在建造exascale機器之前，已經選擇了歐洲各地的八個托管實體來托管五台
petascale和三台preexascale機器。5台petascale機器每台的價值将在1200
萬至3000萬歐元之間。第一台計算機是Atos制造的Vega，于2021年3月在斯洛文尼亞落成。
該計劃還包括三台pre‑exascale機器（1017flop/s）。目前正在建設中的兩個：一個，芬蘭的LUMI（CrayHPE，帶有AMDCPU和GPU）；第二個是意大利的Leonardo（使用NvidiaGPU建造的Atos），分别價值1.44億歐元和1.2億歐元。第三個是MareNostrum，将位于巴塞羅那超級計算中心。
歐洲超級計算機的未來：
能源效率和技術主權？
EuroHPC機器的使用比例将配置設定給歐洲科學、工業和公共部門使用者，以最大限度地發揮這些系統的能力。事實上，與部署基礎設施同步的EuroHPC的第二個目标是為歐洲的HPC開發一個R&I生态系統，其中包括硬體和軟體能力、應用程式、教育訓練和技能。該生态系統反過來應該有助于歐洲的雙重議程:綠色協定和技術主權。
能源消耗正在成為計算能力和資料經濟擴充的主要問題。計算能力和能源的巨大增長在很大程度上歸功于機器學習程式的訓練。除了環境考慮之外，這還具有經濟成本。超級計算機每年的電費高達數千萬歐元。Fugaku耗電量為30至40兆瓦，相應的年成本高達每年4000萬歐元。
作為歐洲綠色協定的一部分，任何在歐洲開發高性能計算的計劃都必須解決能源效率問題。歐洲已經在Green500排名中處于有利位置，這是Top500的另一個排名，該排名着眼于超級計算機的功率效率（以GFlops/Watt為機關）：前10名中有四台Atos‑Bull機器，這比正常計算算力排名中隻有一台Atos‑Bull機器進入前10名優勢明顯。歐盟打算繼續沿着這條道路前進。作為EuroHPC的一部分，申請托管機器的實驗室必須在能源效率使用方面堪稱典範。例如，正在芬蘭安裝的LUMI将由附近河流的水力發電。
在處理器方面，歐洲的綠色協定和技術主權這兩個議程正在走到一起。
歐洲低功耗微處理器
被稱為歐洲處理器倡議(EPI)的歐洲低功耗微處理器項目于2015年啟動，并
于2018年正式啟動。它聚集了28個公共和私人合作夥伴，包括CEA、意法半導體、寶馬以及各種大學和研究實驗室,并由Atos協調。EPI将為HPC應用建立進階處理器。第一代處理器的主要指導方針于2019年6月宣布，随着負責晶片設計的初創公司SiPearl的營運推出，這一願景進一步實作。第一個處理器原型Rhea（主要基于英國公司ARM的設計）于2020年1月推出。SiPearl希望在2022年推出Rhea，并在2023年按時傳遞歐洲百億億級超級計算機。SiPearl旨在為自動駕駛汽車、邊緣計算和資料中心等其他更大的市場開發其他微處理器。
EPI的處理器旨在實作極高的能效：SiPearl承諾它将把超級計算機的能耗減
半。原則上，它們還旨在實作一個政治和戰略目标，因為它們“在歐洲被自豪地确立為歐洲的技術主權”。然而，在這一點上，歐洲企業面臨着投資不足：目前HPC部門主要由國家或歐洲預算和贈款提供資金，但缺少私人投資以使其可行。最後，值得注意的是，處理器确實将在歐洲設計，但晶片很可能由台積電制造。