中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心高性能計算技術與發(fā)展部計算流體和微結(jié)構(gòu)演化應用實驗室主任張鑒分享了鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場模擬的最新進展。
在材料科學的研究中，許多重要工程材料的設計都需要通過控制其相變和組織演變過程來實現(xiàn)。比如說，通過固態(tài)形核析出反應提高鎳基高溫合金和鋁基時效強化合金的機械性能，通過控制鐵電晶體的相變達到其介電和機電效應的耦合，以及通過馬氏體相變得到形狀記憶合金的記憶效應等。而采用計算機輔助虛擬分析技術代替耗時耗材的實驗，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)進程。
隨著HPC在材料科學研究中的應用日益廣泛，相場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”上的運行的合金微結(jié)構(gòu)粗化過程相場模擬，規(guī)模比之前提高近百倍，實現(xiàn)了超過900萬核的擴展性能，相場模擬的實際性能可達到峰值的40%，遠高于普通軟件約5%的水平。據(jù)了解，使用“神威·太湖之光”可在數(shù)小時內(nèi)完成一次數(shù)千億體系的合金微結(jié)構(gòu)粗化過程的高精度模擬。
張鑒認為，通過這樣大體系、長時間的粗化過程高精度模擬，可以全面并且精確的揭示微觀組織演化的過程、支持演化機理的研究。目前，受計算方法和計算平臺的限制, 國際上同類模擬大多數(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程中微觀組織尺寸、形貌等特征的演化過程。
除了以上報告之外，來自國家863、美國愛荷華州立大學、德國卡爾斯魯厄理工學院、法國能源部、德國馬克斯-普朗克研究所、中國科學院過程研究所、德國萊布尼茨超算中心、美國喬治華盛頓大學等多位專家也分享了相關精彩報告，以上報告已經(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、百萬核甚至千萬核超大規(guī)模擴展等“世界性難題”，但過去的24年來，科學家和工程師們憑借智慧將TOP500超級計算機的總體計算力提升了近36萬倍，單一超算系統(tǒng)的計算力提升了200多萬倍，有理由相信現(xiàn)在面臨的難題會在不遠的未來尋找到完美的解決方法。而中外超算高峰論壇所倡導的廣泛的國際交流和合作，將有力的推動這一進程。