2015 年中国高性能计算机发展现状 分析与展望
超高性能计算机的研究现状和应用前景
超高性能计算机的研究现状和应用前景随着科学技术的不断发展，超高性能计算机已经成为了现代科学研究中不可或缺的工具。
如今，各个领域的科学家们都在积极研究和应用超算技术，希望能够突破科学的困局，掌握更加先进和高效的科学研究方法。
在这篇文章中，我们将会探讨当前超高性能计算机的研究现状和应用前景。
一、超高性能计算机的研究现状自从超级计算机问世以来，计算机性能的发展一直是科学技术进步的重要标志。
目前，全球各个国家和地区都在进行超算研究，希望能够研制出更加强大和高效的超算系统。
从总体上看，当前超算研究主要有以下两个方向：1. 提升超算性能提升超算性能是超算研究的主要目标之一。
近年来，随着巨型CPU和GPU的问世，计算机性能已经得到了极大的提升。
目前，世界上最快的超级计算机——中国的“天河二号”，采用的就是CPU和GPU的组合方式。
这种组合方式不仅可以提升计算机的运算速度，还可以缩短计算任务的执行时间。
除此之外，一些新技术的应用也可以提升超算的性能，如混合存储技术、共享存储技术、大规模并行存储系统等。
2. 优化超算架构优化超算架构也是当前超算领域的研究方向之一。
随着计算机应用场景的不断变化，超算架构也需要适应不同的应用场景。
因此，一些新架构的出现可以提高超算的效率和可扩展性，如异构多核架构、光网架构、混合架构等。
此外，更加友好和方便的超算编程模型也为优化超算架构提供了很多支持。
二、超高性能计算机的应用前景超高性能计算机在许多领域都有着广泛的应用前景。
在此，我们介绍一些具体的应用场景。
1. 科学研究超高性能计算机在科学研究方面的应用非常广泛。
例如，在物理学中，超算可以用来模拟大型复杂物质的行为，比如电子、蛋白质、大气等。
在医学中，超算可以用来分析疾病发展的影响因素，为疾病的治疗提供指导。
在天文学中，超算可以用来模拟恒星和星系的演化过程，为人类探索宇宙的奥秘提供支持。
2. 工业制造超高性能计算机在工业制造方面的应用也很广泛。
我国超级计算机的现状与将来
我国超级计算机的现状与将来
时至今日，超级计算机成为科学研究的重要工具，也已经成为当今科技发达国家的重要标志之一、毋庸置疑，超级计算机在科学研究中的重要性自不待言。
我国的超级计算机发展历程可以追溯到50年代末的953、自此以后，我国的超级计算机发展步伐逐渐加快，一系列新的超级计算机产品被开发出来，其中包括理论计算机、综合计算机、分布式计算机等。
目前，我国的超级计算机发展状况可谓是飞跃进步，在世界超级计算机排行榜中也取得了卓越的成绩。
据科学网 2024 年度超级计算机排行榜显示，我国超级计算机的总数量已超过 200 台，其中包括天河二号（拥有 93 万核心）、超算 18 号阵列计算机（拥有 8 万多核心）等，占据全球 Top500 排行榜前三，与美国、日本等国家并驾齐驱。
而在科学计算能力方面，我国超级计算机更是居于世界第一、如天河二号，其科学计算能力达到 1740 运算兆瓦，超过世界上任何其他超级计算机。
展望未来，我国将在超级计算机领域继续发挥其引领性作用，着力发展高性能超级计算机，以注入智能制造、新型数字技术和普及高效计算等科技的新动力。
高性能计算机发展历程及现状
高性能计算机发展历程及现状作者：陈红梅等来源：《软件导刊》2015年第03期摘要：高性能计算已被公认为继理论科学和实验科学之后的第三大科学研究方法，是科技创新的重要手段。
高性能计算机经过几十年的发展，经历了向量机、MPP、集群等几个阶段，我国高性能计算机的研制和应用也得到了快速发展。
国内多所高校和科研院所纷纷构建高性能计算平台，江汉大学也构建了自己的高性能计算平台。
对高性能计算机发展历程进行了梳理，并分析了其现状，重点介绍了江汉大学高性能计算平台。
关键词：高性能计算机；向量机；MPP；集群；中国TOP100；国际TOP500中图分类号：TP3-0文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）003-0007-020 引言目前，高性能计算科学与技术已成为世界各国竞相争夺的战略制高点[1]。
一些发达国家和发展中国家纷纷制定战略计划，投入大量资金，加速研究开发步伐。
美国从20世纪70年代起就实施了一系列推动计算科学发展的国家计划，包括“战略计算机计划”（SCP）、“高性能计算和通讯计划”（HPCC）、“加速战略计算计划”（ASCI）、“先进计算设施伙伴计划”（PACI）等。
1 高性能计算机发展历程从20世纪70年代产生第一代高性能计算机开始，经过几十年的发展，高性能计算机经历了向量机、MPP、集群等几个发展阶段。
1.1 向量机1974年，控制数据公司（Control Data Corporation，CDC）推出了CDC STAR-100，它是首先使用向量处理器（Vector Processor）的计算机，被认为是第一台向量机。
1982年，克雷公司生产的Cray X-MP/2诞生，它是世界上第一部并行向量计算机。
Cray X-MP系列计算机基于并行向量处理机结构，并行向量处理机是将向量处理器直接并行的一种体系结构。
当时的并行向量机占领高性能计算市场达20年之久，并行向量机处理器数目的增加，使得定制费用和维护费用越来越昂贵，性价比越来越低，已难以满足高性能计算机市场化的要求。
我国高性能计算机的应用前景及发展中的问题
弃 了应 用 的打 算 。 在 经济 效 益 不够 好 的 传
统 产 业 尤 其如 此 。 这种 资 源 分 布的 不 均 匀 性 一 方 面 使 需 要 资 源 的 用 户 难 以 获 得 资 源 ， 另一 方面 也 造 成 宝贵 资 源 的 闲置 和浪 费。 结 语 我 国 的高 性 能 计算 事 业 必须 走 可持 续 均 衡 发 展 的 道 路 。 高性 能 计 算 是 昂贵 的 ， 不 仅 有 设 备 的 初 始 投 入 ，而 且 有 场 地 条 件 、 电力 消 耗 、运 行 维护 和 人 员队 伍 建 设 等 需 求 出发 ，大 力促 进 应 用的 进 步 ， 以此 推 动 高性 能 计 算 的发 展 。 强调 应 用 需求 牵 引 并 不是 忽 视 技 术 的推 动 作 用 。技 术 的进 步 可 以 创造 新 的应 用 ，调 动新 的 应 用需 求 。 网 格以 其 资 源共 享 、协 同 工作 的 固有 能 力 和 网 格 服 务 的 形 式 ，支 持 用 户 共 享 使 用 Ｉ ｅｒ ｔ中的各类资源 ｌ网格允许用 户克 ｎｔ ｎｅ 服地 理 的 障碍 ，更 便 捷地 获 得 高性 能 计 算 的能 力 ；网格 简化 高性 能 计 算 机的 使 用 方 式 ，使 更 多的普 通 用 户 能够 利 用高 性 能 计 算机的能力去解决过去难以解决的问题 ， 扩 大 了高 性 能计 算 机 的应 用 范 围 。需 要 强 调 的是 ，高性 能计 算 的技 术 创 新有 赖 于 国 家 持续 的 支 持 ，以保 证 足够 的 研 究 经费 和 支 高水 平 精 干的 研 究 队伍 。高 性能 计 算 人 才 的培 养 是 一项 长 期 的艰 巨任 务 ，不 仅 要 通过 改 革 高 校的 学 科 划分 和 专 业设 置 来 加 强 高性 能 计 算 复合 型 人才 的 培 养 ，还 要 通 过 应用 系统 的开 发 ，培养 和 锻 炼 各个 行 业 与 领域 熟 悉 高性 能 计 算的 人 才 ， 只有 这 样 才 能真 正 保 证 高性 能 计算 及 应 用 的可 持
高性能计算机发展历程及现状
参考文献 ：
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到应 用 ， 其 能很好地实现 网络设 备 的集 中管理 ， 对 提 高 所 处 应 用 行 业 的 工 作 效 率 有 显 著 成 效 。 现 阶段 我 国 主 要 采 用分布式监控结构 设计 ， 该设计具有可靠性高 、 灵 活性 好 、
摘 要 ： 高性 能 计 算 已被 公 认 为 继理 论科 学 和 实验 科 学之 后 的 第 三 大 科 学研 究 方 法 ， 是 科 技 创 新 的 重要 手 段 。 高 性
能 计 算 机 经过 几十 年 的发 展 ， 经 历 了 向 量机 、 ＭＰ Ｐ 、 集群等 几个阶段 ， 我 国 高性 能 计 算 机 的研 制 和 应 用 也 得 到 了 快 速
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Ｌ ８ ］ ＮＩ Ｃ ＨＯＬ Ｓ Ｈ Ｍ Ｃ， Ｂ Ｅ ＲＮＡＲＤ Ｃ Ｂ ． Ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ
ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ［ Ｊ ］ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， １ ９ ９ ８ （ ５ ） ： ７ ０ — ７ ６ ． ［ ９ ］ 贾继 伟 ， 蔡仁治． 通 信 电源 的 科 学 管理 与 集 中监 控 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 人 民
高性能计算技术发展现状与未来趋势
高性能计算技术发展现状与未来趋势随着科技的不断进步，高性能计算技术在各个领域中发挥着越来越重要的作用。
从天气预报到医药研究，从交通控制到人工智能，高性能计算技术的应用越来越广泛，推动着人类社会不断向前发展。
首先，让我们回顾一下高性能计算技术的发展历程。
二十世纪五十年代，随着计算机的诞生，高性能计算技术也随之开始探索。
当时，计算机的规模和速度都非常有限，只能完成简单的计算任务。
随着计算机技术的进步，高性能计算技术也得到了长足的发展。
六十年代，高性能计算技术开始应用于科学计算领域，帮助科学家们解决了许多难题。
七十年代和八十年代，高性能计算技术逐渐应用于工程领域，帮助工程师们进行复杂的仿真和优化。
九十年代以后，高性能计算技术进一步向商业领域扩展，成为了众多企业提高竞争力的重要工具。
近年来，高性能计算技术正处于快速发展的阶段。
一方面，计算机的性能不断提升，从单核到多核、从CPU到GPU，计算能力呈指数级增长。
同时，新型的计算架构和算法的不断出现，也为高性能计算技术的发展提供了广阔的空间。
例如，人工智能领域的深度学习算法，正是利用了高性能计算技术的强大计算能力，实现了许多令人惊叹的成果。
高性能计算技术的未来趋势也是值得关注的。
首先，随着人工智能的普及和发展，对于计算能力的需求将进一步增加。
深度学习等复杂的人工智能算法需要庞大的计算资源来支撑，这对高性能计算技术提出了更高的要求。
其次，与传统的计算机架构相比，新型的量子计算机架构正在崭露头角。
量子计算机以其强大的计算能力和高效的能耗表现，被认为是高性能计算技术的未来发展方向之一。
然而，量子计算机的发展还面临许多挑战，例如量子比特的稳定性和量子纠缠的可控性等。
另外，随着云计算和大数据的快速发展，高性能计算技术也在不断向云端迁移。
云计算为用户提供了高性能计算资源的弹性使用，既解决了资源浪费的问题，又节约了用户的成本。
同时，大数据的处理也需要强大的计算能力来支撑，高性能计算技术的应用将成为推动大数据发展的重要驱动力。
高性能计算机市场分析报告
高性能计算机市场分析报告1.引言1.1 概述概述:高性能计算机是一种强大的计算机系统，通常用于处理大规模的数据和复杂的计算任务。
随着科技的不断进步和信息时代的到来，对高性能计算机的需求也在不断增加。
本报告将对高性能计算机市场进行全面分析，包括市场概况、主要竞争对手分析和市场趋势预测等方面，以便为相关产业提供参考和指导。
通过本报告的分析，我们希望能够发现高性能计算机市场的发展趋势、潜在机会和挑战，为相关企业提供发展建议，促进行业的健康发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容为:本报告将分为三个主要部分：引言、正文和结论。
在引言部分中，我们将概述我们将要讨论的主题，并介绍文章的结构和目的。
在正文部分，我们将首先对高性能计算机市场进行概述，然后对主要竞争对手进行分析，并对市场趋势和预测进行探讨。
最后，在结论部分，我们将总结市场分析的结果，提出发展建议，并对未来进行展望。
通过这种结构，我们希望能够全面深入地分析高性能计算机市场，并为读者提供有价值的市场信息和发展方向的建议。
1.3 目的：本报告的目的在于对高性能计算机市场进行全面分析，了解市场的概况、主要竞争对手及市场趋势和预测。
通过对市场分析的深入研究，我们可以为相关企业和投资者提供可靠的市场数据和发展建议，帮助他们更好地了解市场动态、制定正确的发展策略，并展望未来市场的发展趋势。
同时，本报告也旨在为行业内的从业者提供有益参考，促进行业的健康和可持续发展。
1.4 总结：本文通过对高性能计算机市场进行全面分析，发现了市场的概况、主要竞争对手情况以及市场的趋势和预测。
从市场概况来看，高性能计算机市场正在经历快速发展，需求不断增长，市场规模不断扩大。
在主要竞争对手分析中，我们发现竞争格局日趋激烈，各大厂商均加大对高性能计算机市场的投入。
同时，市场趋势和预测显示，随着科技的迅速发展，高性能计算机市场将持续保持增长态势，以满足各行业对计算能力的需求。
总的来看，高性能计算机市场前景广阔，但也充满挑战。
高性能计算的发展现状与未来趋势
高性能计算的发展现状与未来趋势在当今信息化社会中，高性能计算已经成为各行各业的重要技术支撑，对于科学研究、经济发展和社会进步起到了至关重要的作用。
本文将从现状和未来趋势两个方面来探讨高性能计算的发展。
首先，我们来看一下高性能计算的现状。
当今世界，超级计算机的竞争异常激烈，多个国家都将其作为国家战略来重点发展。
目前，世界上最快的超级计算机在中国，其计算速度已经达到了百万亿次级别。
不仅如此，高性能计算已经广泛应用于气象预测、空气动力学模拟、生物医学研究等领域，成为了各个科研机构和企业不可或缺的技术手段。
同时，随着云计算和物联网的快速发展，高性能计算也逐渐向普通用户开放，为他们提供了更强大的计算能力，推动了科技的普及和进步。
然而，高性能计算还面临着许多挑战。
首先是能耗问题，由于超级计算机的巨大计算能力，它们的能耗也非常庞大，给能源资源和环境带来了巨大压力。
其次是数据管理问题，高性能计算所产生的数据量巨大，如何高效地管理和利用这些数据成为了亟待解决的问题。
此外，硬件发展的瓶颈也制约了高性能计算的进一步发展，需要更加先进和高效的芯片架构来提升计算性能。
未来，高性能计算的发展将呈现出一些明显的趋势。
首先是异构计算的发展，随着多核技术的成熟和 GPU 加速计算的普及，异构计算将成为高性能计算的主要发展方向。
其次是量子计算的崛起，量子计算作为一种全新的计算模型，具有极高的计算速度和处理能力，未来有望成为高性能计算的主流。
另外，人工智能的快速发展也会对高性能计算产生深远的影响，高性能计算将为机器学习、图像识别等领域提供更强大的计算支持。
除了上述趋势外，高性能计算还将在更多领域发挥作用。
例如，在医学领域，高性能计算可以大大提升基因测序、药物研发和个性化治疗的效率；在环境保护领域，高性能计算可以模拟气候变化和污染扩散，为环境监测与治理提供科学依据；在交通运输领域，高性能计算可以优化交通流量，提升交通效率和安全性。
可以说，高性能计算已经深入到各个行业的方方面面，对于经济社会的繁荣和可持续发展起到了重要的推动作用。
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科研信息化技术与应用 2015, 6(6): 83–92
2015 年中国高性能计算机发展现状 分析与展望
张云泉
中国科学院计算技术研究所 计算机体系结构国家重点实验室，北京 100190
摘 要： 本文根据 2015 年 11 月发布的中国高性能计算机 TOP100 排行榜的数据，对国内高性能计算机的 发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了深入分析。我们发现，由于国际超算发展 态势整体放慢，中国 TOP100 的平均 Linpack 性能和入门门槛继续保持比国际 TOP500 高的局面。 随着联想对 IBM X86 服务器并购的完成，中国 TOP100 上的超级计算系统几乎 90% 以上都是国产 超算系统，曙光、联想和浪潮三强争霸的局面已经形成。安装在中国大陆的超算系统在 2015 年 11 月 TOP500 上的数量再创新高，紧跟美国之后排名世界第二；而中科曙光生产的超算系统更是历史 性的首次闯入世界前三强，排名 HP 和 Cray 之后。中国的超算系统研制水平和能力经过十多年的快 速发展，已经跻身世界先进水平的行列。在此基础上，根据十四届排行榜积累的性能数据，我们对 未来几年中国大陆高性能计算机的发展趋势进行了分析预测。我们认为：峰值 100Petaflops 的机器将 在 2016 年出现，100Petaflops Linpack 性能的机器将在 2016 年到 2017 年出现，累计 Linpack 性能将在 2017 年到 2018 年间达到 1000Petaflops，峰值 Exaflops 的机器将在 2018 年到 2019 年间出现。
• 2015 年 11 月世界 TOP500 总 Linpack 性能 达到了 418.3PFlops，是 2014 年 309 PFlops 的 1.35 倍，增速继续变慢；而根据 2015 年中国 TOP100 排行榜的数据，中国 TOP100 的总 Linpack 性能是 85.1PFlops，是 2014 年 68.6PFlops 的 1.24 倍，增速 较 2013 年的 1.2 倍缓慢上升。
Abstract: In this paper, according to China HPC TOP100 rank list published in November 2105, the performance,
基金项目：国家高技术研究发展计划 (863 计划) (2006AA01A105)
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主要来源于中国 HPC TOP100。以下将中国 HPC TOP100 简称中国 TOP100[2]。
2 总体性能分析
本节图 1 和表 1 分别给出的是中国 TOP100 的总 体性能发展趋势图以及 TOP10 计算机情况的列表。
和 2015 年 11 月发布的世界 TOP500 高性能计算 机的情况相比较，可以看到：
１ 背景
在国际上，自 1993 年起每年都会按 Linpack 的 测试性能公布在世界范围内已安装的前 500 台高性 能计算机排行 [1]，成为高性能计算机研制生产、市 场发展、应用交流和趋势分析预测的重要参考。在 2002 年之前，我国的高性能计算机未曾向国际申报 Linpack 性能测试结果，故而未列入国际 TOP500 排 行榜。在中国软件行业协会数学软件分会发布首次中 国高性能计算机排行榜的 2002 年当年，就实现了零 的突破。在中国 TOP50 排行榜中名列第一的联想深 腾 1800 万亿次机群名列 2002 年世界 TOP500 第 43 名，结束了在世界 TOP500 排行榜没有国产高性能计 算机的历史。2003 年，在中国 TOP100 排行榜中名 列第一的联想深腾 6800 万亿次机群名列 2003 年世 界 TOP500 第 14 名，达到了国产高性能计算机的历 史新高。2004 年，在中国 TOP100 排行榜中名列第 一的曙光 4000A 更是取得了 6 月份 TOP500 排行榜世 界第十的历史性突破，引起世界关注。在 2005 年， 中国 TOP100 的第一名自发布以来首次被国外厂商夺 走，但国产计算机所占的份额却首次赶超国外计算 机，国产计算机亦喜亦忧。由于处于发展的平台期， 2006 和 2007 年中国 TOP100 排行榜让人开始为国产 并行机担忧了，不但第一名的位置未夺回，所占份额 维持在 40% 左右，未见增长。在国家“十一五”863 计划的“高效能计算机与网格软件”重大专项里部署
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张云泉: 2015 年中国高性能计算机发展现状分析与展望
稳了中国在世界 TOP500 超级计算机冠军俱乐部中的 位置。此外，安装在中国大陆的超算系统在 2015 年 11 月 TOP500 上的数量猛升三倍达到 109 套，再创 历史新高，紧跟美国之后排名世界第二，但是美国在 TOP500 上的超算系统数量降低到历史上的最低点； 而中科曙光生产的超算系统更是历史性的首次闯入世 界前三强，排名 HP 和 Cray 之后。超级计算系统作为 计算科学的必备基础设施，已经成为国家之间的战略 必争点和创新转型的利器，各国都投入巨资争夺世界 制高点。中国的超算系统研制水平和能力经过十多年 的快速发展，已经跻身世界先进水平的行列。美国虽 然仍是世界超算的强国，但是其数量已经降低到不足 40% 的份额，难以恢复十年前独霸世界 TOP500 70% 系统的盛况。
了研制更大规模的 Petaflops 的高性能计算机的课题， 并在 2008 年底推出了峰值超过百万亿次的两台国产 高效能计算机。我们在2008年发布的中国 TOP100 排 行榜中看到了国家 863 项目对改变国产高性能计算 机现状的显著推动作用。2009 年，这一推动效果更 加明显，2009 年 10 月发布的国产天河一号千万亿次 超级计算机以 563.1TFlops 的 Linpack 性能名列 2009 年 11 月国际 TOP500 排行榜的第 5 名，是国产超级 计算机首次进入世界前五名，取得了历史新高。2010 年 9 月发布的国产天河一号 A 千万亿次超级计算机 通过采用先进的 CPU+GPGPU 的异构混合加速体系 架构，以 2.56PFlops 的 Linpack 性能夺取 2010 年 11 月国际 TOP500 排行榜的第一名,是中国国产超级计 算机首次夺得世界冠军；我国安装的超级计算机的上 榜数量也首次超越日本和欧盟,排名世界第二，仅次 于美国，标志着我国超级计算机硬件的研制水平达到 国际领先水平。但是，美日欧等国从不甘心将世界第 一的位置长久的让中国国产超级计算机占据，仅仅在 2011 年起不到 2 年的时间里，日本和美国先后投入 巨资研制成功京速机、红杉和 Titan，先后重新夺取 了三次世界第一的位置。2013 年，我国的高性能计 算机科研工作者戒骄戒躁，刻苦攻关，勇攀高峰，于 2013 年 6 月凭借由国防科大研制的天河 2 号超级计 算机，再次夺取世界 TOP500 第一名。迄今为止，中 国研制的天河系列超级计算机已经七次夺取世界第一 名，天河二号更是取得了六连冠的辉煌成绩，牢牢占
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科研信息化技术与应用，2015, 6 (6)
表１ 中国 TOP100 排行榜 TOP10 (2015.11) Table 1 2015 China HPC TOP10 (2015.11)
序号
研制厂商
型号
安装地点
应用领域
Linpack值 (Gflops)
峰值 (Gflops)
天河二号/MilkyWay-2/TH-IVB-
世界 TOP。其中的 七套系统是在 2011 到 2013 年期间安装的，只有三套 系统是在 2015 年新安装的。世界 TOP500 的发展仍 然处于从 2008 年开始的低潮阶段。国防科大研制的
图１ 中国高性能计算机年度性能发展趋势 (2003-2015) Fig. 1 Performance development trend of China HPC T0P100 (2003-2015.11)
科研信息化技术与应用，2015, 6 (6)
manufacturer, and application area of 2015 China TOP100 supercomputers are analyzed in detail. It shows that the average Linpack performance of China TOP100 surpasses again the average of world TOP500 supercomputers. Over 90% of these HPC systems are manufactured in China, and Sugon, Lenovo, and Inspur are the dominate manufacturers. The total number of world TOP500 HPCs located in China again increases to the No.2 in the world, following the US. Sugon becomes one of the top three supercomputer manufacturers in the world, following HP and Cray. Based on the public available historical data and the data of peak performance in previous 14 China HPC TOP100 lists, it could predicted that in China the supercomputer system with peak Linpack performance 100 petaflops would appear between 2016 and 2017, the total Linpack performance of China TOP100 would surpass 1000 petaflops between 2017 and 2018, and the Exaflops supercomputer would appear between 2018 and 2019 in China. Keywords: high performance computer; TOP100; rank list; performance; analysis