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公司發布聲明稱，該公司業已廣泛流行的CFD商業軟件-Fluent獲得的新的突破，實現了在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更多核的并行計算，保持與HPC的同步發展。

像Fluent這樣的模擬工具可以實現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)開發的GPU(圖像處理單元)和英特爾(Intel)的壓縮加速和高速互聯技術。

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，Fluent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模型——包含復雜物理現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值模擬，通常使用的處理器個數僅為幾百個。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、系統的模擬整個發動機。”

工業界目前存在的一個趨勢是將HPC設施集中在一個數據中心，實現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模數值模擬的能力需求。他們希望模擬完整的飛機和發動機，甚至進行實時的CFD飛行模擬。”

實現大規模復雜問題的數值模擬需要對傳統的CFD軟件進行現代化的發展改進。這需要從網格生成到可視化、優化的全模擬過程實現并行。斯拉特表示，“這并不是一個小事。將模擬任務分發給多個處理器，實現處理器之間的互聯、數據的交換和同步并不容易。”

Fluent軟件開發人員付出了巨大的努力對傳統的Fluent軟件進行了適應性升級，實現了大規模并行和高效計算。據稱，此次在Cray XC30超級計算機上的燃燒室計算發揮了該機90%的效能，而在這之前很少有CFD軟件進行如此規模的數值模擬可以發揮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模的數值模擬也有幫助。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