長江日報(bào)大武漢客戶端訊 大至一輛汽車的車身設(shè)計(jì)，借助流體力學(xué)優(yōu)化后，可降低車身的空氣阻力，微至比頭發(fā)絲還小的芯片內(nèi)，通過流體力學(xué)分析，能通過掌控微結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律，對納米級“迷宮”進(jìn)行更精巧的設(shè)計(jì)。
在華中科技大學(xué)，就有一個(gè)團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法來求解流體力學(xué)的控制方程，讓這門理論性強(qiáng)、復(fù)雜難懂的學(xué)科，更快為航空航天、化工、車輛與船舶、集成電路等產(chǎn)業(yè)“算”出解決之道。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)在本地找到了來自武漢超算中心的算力支持。
華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，柳朝暉教授（前右一）帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)一起討論課題。 長江日報(bào)記者高勇 攝
流體力學(xué)在我們身邊無處不在——天上鳥兒的飛翔、地上工業(yè)反應(yīng)器裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)、人體血管中的血液流動，都離不開同一門學(xué)科——計(jì)算流體力學(xué)。華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授柳朝暉研究新一代流體力學(xué)介觀模擬仿真方法十余年，相關(guān)成果獲得國家自然科學(xué)二等獎。為解決面向航空航天、高端制造、能源環(huán)境、醫(yī)療健康等國家重大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ蟪叨韧牧鞲呔瓤焖兕A(yù)測的需求，柳朝暉教授團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了一款計(jì)算流體力學(xué)軟件“PFlows”。
就在本月，華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室柳朝暉教授團(tuán)隊(duì)宣布，PFlows軟件經(jīng)與武漢超算中心合作加速算力后，一舉跨越“10萬”門檻，能實(shí)現(xiàn)調(diào)用10萬CPU計(jì)算核心或千卡GPU進(jìn)行千億網(wǎng)格的超大規(guī)模計(jì)算。量級躍升意味著，工業(yè)設(shè)計(jì)或仿真實(shí)驗(yàn)將提速百倍乃至千倍，計(jì)算時(shí)間能從經(jīng)年累月，縮短至分鐘級。而同種技術(shù)路線競逐者，能站上這一計(jì)算巔峰的，全球屈指可數(shù)。
“CPU就像一輛卡車，可以在復(fù)雜的路況下行駛，運(yùn)輸貨物達(dá)到不同的目的地；而GPU就像一輛高速列車，通常在平坦的鐵路上行駛，但可以高速運(yùn)輸大量的貨物或乘客”，柳朝暉介紹，在基于華中科大數(shù)十年仿真方法的理論基礎(chǔ)上，“PFlows”采用CPU并行計(jì)算技術(shù)、GPU異構(gòu)加速算法等，讓“卡車”和“列車”各揚(yáng)其長。但如何讓更多“卡車”和“列車”加入進(jìn)來？“此前，我們實(shí)驗(yàn)室調(diào)用了兩個(gè)小機(jī)群去做加速，算法再優(yōu)，但缺乏算力始終達(dá)不到最優(yōu)值。”
此時(shí)，剛成立不久的武漢超算中心提供了算力支撐。
團(tuán)隊(duì)成員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院和數(shù)學(xué)學(xué)院博士后江茂強(qiáng)介紹，流體力學(xué)的計(jì)算首先都要做“網(wǎng)格劃分”，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)軟件劃分網(wǎng)格復(fù)雜耗時(shí)，常常會占據(jù)整個(gè)仿真任務(wù)50% ~70%的時(shí)間，同時(shí)模擬精度高度依賴于網(wǎng)格劃分人員的素質(zhì)。而PFlows軟件基于新一代計(jì)算流體力學(xué)理論，借鑒流體粒子本身的碰撞和遷移特性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分簡單快捷，將網(wǎng)格處理時(shí)間占比降低到5%以下，這極大提高了軟件算法的速度。
華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，柳朝暉教授（左）和江茂強(qiáng)博士后（右）在討論研究課題。 長江日報(bào)記者高勇 攝
江茂強(qiáng)介紹，“在業(yè)界，國際一流水平是‘劃’出千萬級網(wǎng)格，華科自主‘PFlows’軟件與武漢超算中心適配后，網(wǎng)格計(jì)算規(guī)模突破了‘天花板’，達(dá)到了千億級”。
這意味著什么？柳朝暉打了個(gè)比方，同等時(shí)間做一座城市的環(huán)境的數(shù)字孿生或模擬，以往只能算幾個(gè)建筑物，現(xiàn)在有可能為一個(gè)區(qū)域建模。更“快”的軟件，應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)中，將大大縮短產(chǎn)業(yè)研發(fā)周期及加快迭代速度，直接助力我國在許多戰(zhàn)略領(lǐng)域的追趕。
據(jù)介紹，武漢超算中心投用超百天已與約30家用戶達(dá)成合作，在流體力學(xué)、遙感測繪、圖計(jì)算、生命科學(xué)、氣象氣候等領(lǐng)域?yàn)槲錆h及全國產(chǎn)學(xué)研界提供算力支持。
（長江日報(bào)記者李佳 通訊員汪宇波 黃靖茹）
