深猷远“计” “数”往知来

 
科学与工程计算国家重点实验室：  
深猷远“计” “数”往知来  
 

严加安院士为集群系统题词，左起：郑伟英、周爱辉、袁亚湘、严加安、张林波、崔涛、刘歆。

袁亚湘（右）和刘歆

张林波

陈志明（右）、郑伟英（左）和崔涛

▲LSSC-IV科学计算集群系统

▲中国首套万亿次集群  中国科学院数学与系统科学研究院供图

■本报记者 韩扬眉

近来，科学与工程计算国家重点实验室（以下简称实验室）年轻的科研人员崔涛不断收到学界和企业界同行好友的邀约和“感谢”，这都源于实验室开创的一项成果。

“我们算法的实现是基于PHG”“基于PHG开发了相关模型的计算程序”“使用PHG，让我们团队更专注算法研究，大大提高了计算规模和效率”……

这里提到的“PHG”，是我国具有完全自主知识产权、可支持普通计算服务器至十亿亿次级超级计算机的三维并行有限元软件开发平台，它能够有效帮助研究人员以较低的开发投入、较快的速度研制相关程序，提高算法研究和并行软件研制效率。更重要的是，因各方面原因，当前我国工业软件自身“造血能力”欠缺，PHG平台对我国工业软件突破欧美国家技术封锁具有重要意义。

“立足国家需求，聚焦‘卡脖子’技术，挑战科学与工程计算中最难的数学问题，这是我在实验室最主要的任务，尽管过程可能漫长、艰辛。”崔涛说。

PHG平台从创立到应用，也促使崔涛从研究生成长为一名独立研究员。

攀登高峰的匠心

这是一段关于两代人的创新故事。

上世纪后半叶，科学计算兴起，它在科学研究和工程计算中发挥着不可替代的作用，一个国家的科学计算能力已成为国家竞争力的重要标志。近半个世纪以来，利用计算机模拟结构、流体、电磁、量子等各种物理过程的科学与工程计算应用软件得到了巨大发展。

2000年，国家“973”计划项目“大规模科学计算研究”启动，中国科学院数学与系统科学研究院（以下简称数学院）研究员陈志明和张林波担任课题组长。

“德国的‘ALBERTA’开源自适应有限元软件包的计算速度和内存大小有限，满足不了三维问题的计算要求，你们能不能把它‘并行化’？”陈志明向张林波询问道。

“工作量及难度的确有些大。”但张林波还是决定试试。然而，在研究过程中，他们发现，由于ALBERTA软件的自身限制，将其并行化不仅工作量巨大，还会有许多先天局限。

“高性能科学计算程序和软件研制周期长、工作量大，无法满足高性能计算应用和算法研究需求是一个瓶颈问题。”张林波告诉《中国科学报》，他们发现了更“普遍”的问题。“应该针对特定的算法或应用领域，研制具有自主知识产权的共性高性能科学计算软件平台或应用框架，用于支撑应用程序和软件研制。”

尤其是我国超级计算机已经连续多年排名世界第一，但其运行的科学与工程计算应用软件水平与国际先进水平却有不少差距，部分行业的大型科学与工程计算应用软件成为国外限制我国发展的 “卡脖子”难题。比如，用于芯片设计的EDA（电子设计自动化）软件都掌握在欧美大公司手中，目前已对我国部分企业实施封锁，对我国信息与芯片产业产生巨大影响。

此外，过度依赖国外工业软件，一方面，不利于我国工业技术的创新和积累，高端化转型可能受阻；另一方面，工业软件使用过程中产生的大量工业数据和商业信息还有被窃取的风险。

解决我国工业软件自主化问题已经迫在眉睫。

那时，他们有了初步想法。