工业设计超大规模计算从年缩短至分钟

武汉超算助华科大团队由“盖楼”变“造城”

华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室，柳朝晖教授（前右一）带领科研团队一起讨论课题。

长江日报记者高勇 摄

武汉超算中心运维人员查看设备。

长江日报记者胡冬冬 摄

长江日报讯（记者李佳 通讯员汪宇波 黄靖茹）大至一辆汽车的车身设计，借助流体力学优化后，可降低车身的空气阻力，微至比头发丝还小的芯片内，通过流体力学分析，能通过掌控微结构运动规律，对纳米级“迷宫”进行更精巧的设计。

在华中科技大学，就有一个团队通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，让这门理论性强、复杂难懂的学科，更快为航空航天、化工、车辆与船舶、集成电路等产业“算”出解决之道。同时，团队在本地找到了来自武汉超算中心的算力支持。

流体力学在我们身边无处不在——天上鸟儿的飞翔、地上工业反应器装置的运转、人体血管中的血液流动，都离不开同一门学科——计算流体力学。华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室教授柳朝晖研究新一代流体力学介观模拟仿真方法十余年，相关成果获得国家自然科学二等奖。为解决面向航空航天、高端制造、能源环境、医疗健康等国家重大产业领域对大尺度湍流高精度快速预测的需求，柳朝晖教授团队自主开发了一款计算流体力学软件“PFlows”。

就在本月，华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室柳朝晖教授团队宣布，PFlows软件经与武汉超算中心合作加速算力后，一举跨越“10万”门槛，能实现调用10万CPU计算核心或千卡GPU进行千亿网格的超大规模计算。量级跃升意味着，工业设计或仿真实验将提速百倍乃至千倍，计算时间能从经年累月，缩短至分钟级。而同种技术路线竞逐者，能站上这一计算巅峰的，全球屈指可数。

“CPU就像一辆卡车，可以在复杂的路况下行驶，运输货物达到不同的目的地；而GPU就像一辆高速列车，通常在平坦的铁路上行驶，但可以高速运输大量的货物或乘客”，柳朝晖介绍，在基于华中科大数十年仿真方法的理论基础上，“PFlows”采用CPU并行计算技术、GPU异构加速算法等，让“卡车”和“列车”各扬其长。但如何让更多“卡车”和“列车”加入进来？“此前，我们实验室调用了两个小机群去做加速，算法再优，但缺乏算力始终达不到最优值。”

此时，刚成立不久的武汉超算中心提供了算力支撑。

团队成员、项目负责人、华中科技大学能源与动力工程学院和数学学院博士后江茂强介绍，流体力学的计算首先都要做“网格划分”，针对复杂结构传统软件划分网格复杂耗时，常常会占据整个仿真任务50% ~70%的时间，同时模拟精度高度依赖于网格划分人员的素质。而PFlows软件基于新一代计算流体力学理论，借鉴流体粒子本身的碰撞和迁移特性，实现网格划分简单快捷，将网格处理时间占比降低到5%以下，这极大提高了软件算法的速度。

江茂强介绍，“在业界，国际一流水平是‘划’出千万级网格，华科自主‘PFlows’软件与武汉超算中心适配后，网格计算规模突破了‘天花板’，达到了千亿级”。

这意味着什么？柳朝晖打了个比方，同等时间做一座城市的环境的数字孪生或模拟，以往只能算几个建筑物，现在有可能为一个区域建模。更“快”的软件，应用于产业中，将大大缩短产业研发周期及加快迭代速度，直接助力我国在许多战略领域的追赶。

据介绍，武汉超算中心投用超百天已与约30家用户达成合作，在流体力学、遥感测绘、图计算、生命科学、气象气候等领域为武汉及全国产学研界提供算力支持。

本文转自：长江日报