神工坊再获“国家重点研发计划”支持
近日，科学技术部高技术研究发展中心公布了“十四五”国家重点研发计划“高性能计算”重点专项2023年度公开指南项目立项结果，国家超级计算无锡中心神工坊团队参与的“面向新一代国声超算系统的民用飞机多学科联合设计优化技术与软件”项目成功获批。
该项目由西北工业大学牵头，国家超级计算无锡中心、西咸新区天枢航空科技有限公司、中航通飞华南飞机工业有限公司等为课题负责单位。
国家超级计算无锡中心神工坊团队负责的“多学科优化并行工作流构建及超算移植加速”课题，将充分利用国家超级计算无锡中心的硬件资源，致力于突破变量多学科联合优化设计在国产先进超级计算机等多种平台上面临的瓶颈，助力研发基于新一代国产超算的飞行器多学科联合优化设计软件，构建解决系统性复杂工程问题的高性能应用生态。
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什么是MDO?
多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization, MDO）由上个世纪 80 年代提出，它使用优化方法来解决包含多个学科的设计问题。
MDO已广泛应用于多个领域，包括汽车设计、海军建筑、电子、计算机等。其中，应用最多的是航空航天工程领域，如飞机和航天器设计。
MDO关键技术框图 来源：网络
国家超级计算无锡中心神工坊团队致力于探究多学科优化并行工作流构建方法，综合考虑多个学科的约束及优化目标，将用于三维建模、前后处理、求解器等软件/程序，按照分析流程的执行顺序进行管理，形成优化计算工作流，实现在同一平台下自动调用各工具执行的多学科耦合仿真分析。针对传统的串行设计模式无法充分考虑多学科之间耦合以及花费时间长的问题，需要对支持工作流程、算法层以及求解器层三种方式协同并行的方法进行研究，能够将并行任务分布到网络中的其他计算机中进行计算，有效地利用计算资源，缩短优化设计周期。
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针对超算移植加速的研究
飞行器MDO涉及众多学科，各学科分析计算量和变量规模巨大，设计平台各异，变量取值与物理属性差异显著，设计域呈现高度非线性和不连续等特征，导致MDO的计算量巨大。因此，MDO虽然在科学研究中展现了巨大潜力，但是在飞行器全机复杂构型设计中却面临“瓶颈”，陷入“创新死亡谷”。近年来，我国超算研制和应用能力达到世界领先水平，“神威·太湖之光”多次登顶世界超算 Top500 榜单，高性能应用荣获“戈登·贝尔”奖。国家超级计算无锡中心基于“神威·太湖之光”实现了航发整机全流道数值模拟，具备了解决工程仿真问题的能力，为实现第三代MDO软件研发奠定了良好基础。
国家超级计算无锡中心神工坊团队依托自主研发的高性能多域多物理场数值模拟框架，深入研究多学科联合优化计算过程中的性能热点，从多个层面提炼众核加速共性算法，实现多种异构超算平台上的多学科优化软件适配与维护。
“神工坊”高性能多域多物理场数值模拟框架
通过本项目的研发，对于提升国家科技实力、推动产业升级、提高国产民机竞争力等方面具有重要意义。首先，我们将构筑自主可控的软件体系和高性能计算应用范式，提升科学、技术、产业指标；其次，我们将推进民机设计手段的革新，助力高端装备制造产业升级和高质量发展，这将有利于提升国产民机的竞争力，助力国内航空装备企业争夺50万亿国际民机市场。此外，本项目还将降低国产超算的复杂多学科应用开发门槛，赋予软件可持续发展能力，有助于完善国产超级计算机的应用生态，全面覆盖飞行器设计的重大关键领域。
近年来，神工坊始终秉持“仿真驱动创新，计算引领未来”的核心理念，通过与国内顶尖高校、科研院所及行业重点企业的紧密合作，在联合科技攻关、科技创新资源的整合等方面取得了丰硕的成果，为推动我国工业仿真技术的跨越式发展，以及重大装备研制创新和工业设计研发数字化转型提供有力支撑。
