中兴CPU只是冰山一角，工业软件的差距才是致命软肋

以下文章来源于shonDy粒子法流体仿真 ，作者王溪

有一次别人问我德国最大的企业是哪家？我半猜半答道：“不是大众Volkswagen吗？”。后来查了一下才知道，现在德国最大的企业是SAP，已经超过了VW。虽然我很早就听前房东讲述过我们卡尔斯鲁厄理工大学KIT传奇的几位青年成立了一家世界有名的公司SAP的故事，但是汗颜的是一直不清楚这家公司是做什么的。经过网上搜索，才知道这是一家名副其实的工业软件公司，80%的世界500强公司都有用他家的软件。德国全球跨国公司的数量能够与整个英语国家分庭抗争，如此多的企业中，最大的一家居然是工业软件公司。

最近沸沸扬扬的中兴事件，大家只看到的CPU的禁售，但更可怕的是紧随而来的包括Cadence在内的EDA软件的禁售。EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称，这是CPU食物链的顶端，没有这种工具，连CPU的第一步设计都无法实现，更不要谈后面的光刻机等生产工具了。

本人曾经在某能源央企工作，有幸参与了某核电引进技术的自主化工作。对于引进的某核电型号，美国公司光是针对该型号的专用设计软件就有大大小小300个，这里不包括第三方的通用设计软件。在核电领域，每一个设计软件的背后都有如教科书的一本理论模型手册，每一个模型都是经过严谨的数学推到，每一个关系式必然都有实验的验证与确认。然而这里谈到的还仅仅是核电的设计软件，一个真正的核电厂从员工培训到仪控，从管理到通讯都离不开大量复杂的软件。曾经韩国APR核电设计拿下阿联酋项目，成为工业界最大订单时。中国组团赴韩国考察，发现韩国除了有完整的工业制造体系，还有自己一套软件体系。后来在重大专项的支持下核电企业经过多年研发，现在终于进入了国产核电软件的集中上市期。

图片来源于Google

另外一个例子是美国的洛克希德马丁公司，就是为美军生产F22战机的那家。如果把这家公司编写的设计软件代码汇总起来，恐怕已经超过了微软的代码量。我曾经所在的核电公司也与洛克希德马丁有过深入的合作，共同开发核电仪控系统，也就是核电厂的神经中枢。

在工业系统复杂到一定程度后，传统的笔算设计必然会遇到瓶颈，问题的复杂度一旦超出了人脑计算的范畴，就需要借助工业辅助设计软件进行计算。工业软件是个非常大的范畴，从产品的供给调度，到大规模集成电路的设计，再到计算流体力学软件都属于工业软件的范畴。

这里重点聊聊其中的CFD软件。最早出现CFD软件Phoenix的时候，该软件也曾有一段对华禁售的时期。但是后来众多的商业软件出现，这一禁售也就取消了。CFD如今与CAD和CAE一样，在工程与机械设计领域起着不可替代的作用。从C919的气动设计，到新型核燃料组件的研发都离不开CFD。但是细思极恐的一件事是，一个拥有如此庞大工业体系的国家，工业中用到的几乎所有核心软件都依赖国外，包括机械设计的CAD软件如solidworks，也包括流场分析的CFD软件。目前国产CFD软件屈指可数，影响力也非常微弱。

历史上商用CFD的发展经历了三个阶段：

1. 第一个阶段上世纪70到80年代，CFD的先驱Brian Spalding等创立了早期的商用CFD公司；

2. 第二个阶段是上世纪90年代，CFD像一股浪潮一样进入了工业公司的设计部门；

3. 第三个阶段是2010年以后的多元化阶段，CFD已经是工业设计必不可少的一部分，通用的CFD正在向具体的行业应用分化和具体化。

那么第四个阶段是什么呢？这里猜测几点可能：

1. CFD从有网格过渡到无网格方法。传统的FVM方法算法成熟，工业应用经验丰富。不过近年来，新出现的粒子法particle method以及格子法LBM发展迅猛，已经突破了不少技术瓶颈，成熟度不断提高。毫无疑问，画网格虽然已经被当做一门经典艺术，甚至是职业，但是如果能够打破网格的束缚，并且获得同样精度的计算结果，必然是一次CFD技术的革命。

2. 云端化。这不光是CFD软件，而是几乎所有软件的一个趋势，免安装，高度可定制化，调用超算等等。

3. 人工智能技术的引进，例如基于机器学习的实时流体仿真等。

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