近年來，科學(xué)計(jì)算對(duì)于航空航天工程的設(shè)計(jì)周期、制造成本、飛行安全等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在此背景下，浙江大學(xué) 鯤鵬昇騰科教創(chuàng)新卓越中心基于雙算力在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破——浙江大學(xué)航空航天學(xué)院研究員夏一帆團(tuán)隊(duì)基于昇騰平臺(tái)，成功研發(fā)出用于微分方程求解和流場(chǎng)預(yù)測(cè)的新隱式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；浙江大學(xué)航空航天學(xué)院副教授張繼發(fā)團(tuán)隊(duì)基于鯤鵬平臺(tái)，成功開發(fā)了高效能可變形飛行器流動(dòng)機(jī)理仿真軟件，兩項(xiàng)成果分別從算法和應(yīng)用層面為航空航天領(lǐng)域注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
基于昇騰AI平臺(tái)的隱式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在偏微分方程求解中取得重要進(jìn)展
偏微分方程求解和流場(chǎng)預(yù)測(cè)領(lǐng)域面臨著復(fù)雜且反復(fù)迭代的計(jì)算，往往需要耗費(fèi)大量的人力和計(jì)算資源。夏一帆團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新隱式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法基于MindSpore AI框架的分布式并行能力，可高效訓(xùn)練龐大數(shù)據(jù)集模型，其強(qiáng)大的非線性擬合能力和融合物理約束的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在微分方程求解和流場(chǎng)預(yù)測(cè)場(chǎng)景中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這一成果已在 ODE、Advection、Burgers 和 Diffusion 等經(jīng)典基準(zhǔn)方程上得到驗(yàn)證，并開發(fā)出了可直接應(yīng)用的求解器。
依托昇騰異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)CANN提供的高性能算子開發(fā)能力（AscendCL），對(duì)核心計(jì)算模塊進(jìn)行了深度優(yōu)化，通過算法與昇騰硬件架構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵算子的高效執(zhí)行，充分釋放了硬件的并行計(jì)算潛力，顯著提升了新隱式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的訓(xùn)練與推理效率。經(jīng)驗(yàn)證，該算法在驗(yàn)證算例上的求解精度（如L2相對(duì)誤差） 相比傳統(tǒng)有限差分法平均提升10%以上，且相比Pi-DeepONet、MAD等先進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解器精度提升10%以上，且相比 HyperPinn 顯著降低了模型參數(shù)量/計(jì)算復(fù)雜度。
目前，基于新隱式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建的復(fù)雜物理場(chǎng)無網(wǎng)格降階模型，已應(yīng)用于航空航天流場(chǎng)精細(xì)分析，為飛行器研制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
基于鯤鵬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高效能的可變形飛行器流動(dòng)機(jī)理仿真軟件的開發(fā)
張繼發(fā)團(tuán)隊(duì)基于鯤鵬技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了高效能的可變形飛行器流動(dòng)機(jī)理仿真軟件的開發(fā)，其中Loci和flowpsi作為計(jì)算流體力學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)并行化計(jì)算，在仿真軟件的高效運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用。
Loci 作為專門用于物理領(lǐng)域計(jì)算模擬的編程框架，可以將計(jì)算任務(wù)的拆分、不同處理器調(diào)度的分配及數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，很大程度地簡(jiǎn)化了軟件的開發(fā)過程。期間，鯤鵬處理器的多核算力、高內(nèi)存帶寬和低內(nèi)存訪問延遲等能力為Loci提供了強(qiáng)大的算力引擎，賦能其自動(dòng)并行過程的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。而 flowpsi 作為 Loci 框架下的流體力學(xué)計(jì)算求解器，主要用于解決高速流體流動(dòng)或液體復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的高難度計(jì)算場(chǎng)景。在鯤鵬應(yīng)用使能套件BoostKit的支持下，通過針對(duì)鯤鵬架構(gòu)的指令集優(yōu)化（如SIMD優(yōu)化）、內(nèi)存管理優(yōu)化、計(jì)算內(nèi)核融合等技術(shù)，flowpsi顯著提升了計(jì)算效率，進(jìn)而提升了軟件的運(yùn)行速度。測(cè)試結(jié)果顯示，仿真軟件運(yùn)行速度提升 30%-50%，同時(shí)計(jì)算精度誤差控制在 5% 以內(nèi)。目前已應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域非定常可變形飛行器數(shù)值模擬仿真，為飛行器研制和開發(fā)提供關(guān)鍵預(yù)示數(shù)據(jù)，并服務(wù)于國家航天科研院所。
這兩項(xiàng)突破性成果，集中展現(xiàn)了浙江大學(xué) 鯤鵬昇騰科教創(chuàng)新卓越中心在“算力+算法”融合創(chuàng)新中的重大價(jià)值。作為浙江大學(xué)與華為協(xié)同攻關(guān)的重要載體，中心通過搭建高效的科研平臺(tái)，不僅為科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域提供了創(chuàng)新助力，更以產(chǎn)學(xué)研融合的實(shí)踐證明了平臺(tái)對(duì)突破前沿科技技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵價(jià)值，為未來更多尖端領(lǐng)域的科研探索筑牢了基礎(chǔ)。
