中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心高性能計(jì)算技術(shù)與發(fā)展部計(jì)算流體和微結(jié)構(gòu)演化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室主任張鑒分享了鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場(chǎng)模擬的最新進(jìn)展。
在材料科學(xué)的研究中,許多重要工程材料的設(shè)計(jì)都需要通過(guò)控制其相變和組織演變過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如說(shuō),通過(guò)固態(tài)形核析出反應(yīng)提高鎳基高溫合金和鋁基時(shí)效強(qiáng)化合金的機(jī)械性能,通過(guò)控制鐵電晶體的相變達(dá)到其介電和機(jī)電效應(yīng)的耦合,以及通過(guò)馬氏體相變得到形狀記憶合金的記憶效應(yīng)等。而采用計(jì)算機(jī)輔助虛擬分析技術(shù)代替耗時(shí)耗材的實(shí)驗(yàn),可以大幅提高研發(fā)效率,縮短研發(fā)周期,加速新材料研發(fā)進(jìn)程。
隨著HPC在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用日益廣泛,相場(chǎng)方法已成為模擬材料微觀組織演變的主要方法。在“神威·太湖之光”上的運(yùn)行的合金微結(jié)構(gòu)粗化過(guò)程相場(chǎng)模擬,規(guī)模比之前提高近百倍,實(shí)現(xiàn)了超過(guò)900萬(wàn)核的擴(kuò)展性能,相場(chǎng)模擬的實(shí)際性能可達(dá)到峰值的40%,遠(yuǎn)高于普通軟件約5%的水平。據(jù)了解,使用“神威·太湖之光”可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一次數(shù)千億體系的合金微結(jié)構(gòu)粗化過(guò)程的高精度模擬。
張鑒認(rèn)為,通過(guò)這樣大體系、長(zhǎng)時(shí)間的粗化過(guò)程高精度模擬,可以全面并且精確的揭示微觀組織演化的過(guò)程、支持演化機(jī)理的研究。目前,受計(jì)算方法和計(jì)算平臺(tái)的限制, 國(guó)際上同類(lèi)模擬大多數(shù)限于2維模擬, 少數(shù)的3維模擬限于模擬的體系規(guī)模,難以全面揭示粗化過(guò)程中微觀組織尺寸、形貌等特征的演化過(guò)程。
除了以上報(bào)告之外,來(lái)自國(guó)家863、美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)、德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院、法國(guó)能源部、德國(guó)馬克斯-普朗克研究所、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程研究所、德國(guó)萊布尼茨超算中心、美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)等多位專家也分享了相關(guān)精彩報(bào)告,以上報(bào)告已經(jīng)上傳至論壇官網(wǎng):http://www.asc-events.org/HPCCworkshopISC16.php。
雖然超算發(fā)展依然面臨百億億次、百萬(wàn)核甚至千萬(wàn)核超大規(guī)模擴(kuò)展等“世界性難題”,但過(guò)去的24年來(lái),科學(xué)家和工程師們憑借智慧將TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)的總體計(jì)算力提升了近36萬(wàn)倍,單一超算系統(tǒng)的計(jì)算力提升了200多萬(wàn)倍,有理由相信現(xiàn)在面臨的難題會(huì)在不遠(yuǎn)的未來(lái)尋找到完美的解決方法。而中外超算高峰論壇所倡導(dǎo)的廣泛的國(guó)際交流和合作,將有力的推動(dòng)這一進(jìn)程。