美國aviationweek網站2015年9月16日刊登題為《CFD Code Modernization Keeps Pace With Supercomputing》的署名文章，認為無論是模擬整臺飛機發(fā)動機還是人類大腦的復雜結構，追求更快的超級計算機似乎是解決復雜計算問題的首選。但是，隨著飛機制造商越來越多的依靠高性能計算機(HPC)進行設計，我們不得不擔心過去幾十年發(fā)展成熟的代碼是否會在新的計算架構下失效。

近日，Ansys公司發(fā)布聲明稱，該公司業(yè)已廣泛流行的CFD商業(yè)軟件-Fluent獲得的新的突破，實現(xiàn)了在Cray XC30超級計算機上利用12.9萬個核的并行計算模擬了燃氣輪機的燃燒室。此舉驗證了CFD代碼通過改進升級可以實現(xiàn)更多核的并行計算，保持與HPC的同步發(fā)展。

像Fluent這樣的模擬工具可以實現(xiàn)在原型機制造前對產品的模擬，它們被廣泛的應用于飛機和發(fā)動機研制中。HPC產品經理維姆·斯拉特表示，“我們的客戶一直在追求使用更快的HPC以更低的成本處理更大和更加復雜的問題。”

HPC計算速度的不斷提高是通過并行計算實現(xiàn)的，它是將工作任務分割為若干個小的任務分給成千上萬的處理器(核)同時工作。因此，計算軟件必須能夠支持大規(guī)模的并行，并且適應新的高速計算架構。新的高速計算架構包括采用由英偉達(Nvdia)開發(fā)的GPU(圖像處理單元)和英特爾(Intel)的壓縮加速和高速互聯(lián)技術。

Ansys公司表示，十年前，最復雜的模擬一般使用最多512個核。就在不到1年前，F(xiàn)luent已經擴展到可以并行使用3.6萬個核。最近的這次突破更是代表了幾乎4倍的速度提升，并且還意味著可以進行范圍更大、更加真實的問題和產品模擬。

斯拉特表示，“這次突破不僅僅是一個演示，這是我們對一個真實工業(yè)模型——包含復雜物理現(xiàn)象的燃氣輪機燃燒室的模擬。它不是簡單的單相流動，它是包含了湍流、化學反應在內的多相流問題，完全代表了真實的物理過程。這項突破打開了Fluent在更大范圍應用的大門。”

如今的飛機制造商喜歡在他們各自的中型計算機上進行數(shù)值模擬，通常使用的處理器個數(shù)僅為幾百個。但是未來存在不斷擴大并行處理速度的需求，斯拉特表示，“制造商會不斷地追求更高的HPC能力，他們希望采用更加細致的幾何構型，更加全面、系統(tǒng)的模擬整個發(fā)動機。”

工業(yè)界目前存在的一個趨勢是將HPC設施集中在一個數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)成千上萬個處理器的并行計算。斯拉特表示，“包括NASA和空客在內的一些機構和公司具有很大的運行大規(guī)模數(shù)值模擬的能力需求。他們希望模擬完整的飛機和發(fā)動機，甚至進行實時的CFD飛行模擬。”

實現(xiàn)大規(guī)模復雜問題的數(shù)值模擬需要對傳統(tǒng)的CFD軟件進行現(xiàn)代化的發(fā)展改進。這需要從網格生成到可視化、優(yōu)化的全模擬過程實現(xiàn)并行。斯拉特表示，“這并不是一個小事。將模擬任務分發(fā)給多個處理器，實現(xiàn)處理器之間的互聯(lián)、數(shù)據(jù)的交換和同步并不容易。”

Fluent軟件開發(fā)人員付出了巨大的努力對傳統(tǒng)的Fluent軟件進行了適應性升級，實現(xiàn)了大規(guī)模并行和高效計算。據(jù)稱，此次在Cray XC30超級計算機上的燃燒室計算發(fā)揮了該機90%的效能，而在這之前很少有CFD軟件進行如此規(guī)模的數(shù)值模擬可以發(fā)揮75%以上的效能。這可以說是Fluent軟件獲得的前所未有的突破。

軟件代碼改進獲得的效率提升同樣對于小規(guī)模的數(shù)值模擬也有幫助。斯拉特表示，“軟件改進也可以提高在較小的計算機群上模擬小型問題的效率。我們的目標是將CFD軟件進行集成，幫助制造商實現(xiàn)實時的基于CFD的飛行模擬。”

Fluent軟件對燃氣輪機燃燒室的模擬