潮汐潮流依旧·海洋研究弥新——国家超级计算天津中心助力天科院获得国际发明专利

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2020年，交通运输部天津水运工程科学研究院（以下简称“天科院”）严冰副主任主持完成的“基于GPU计算技术的非结构网格潮汐潮流数值模拟方法（NUMERICAL SIMULATION METHOD FOR UNSTRUCTURED GRID TIDES AND TIDAL CURRENTS BASED ON GPU COMPUTATION TECHNOLOGY）”获得国际发明专利，这是国家超级计算天津中心与天科院海岸河口工程研究中心合作取得的成果。

天科院所获国际发明专利

潮汐潮流对人类在近岸的活动有着很深的影响，因此在近岸开展潮汐潮流的数值模拟开发是一个海洋研究中重要而久远的话题。该发明的目的之一是提供一种基于GPU计算技术的非结构网格潮汐潮流数值模拟方法，通过将内部网格单元面和边界网格单元面的通量计算分离，克服单纯以网格单元或网格单元面为基本计算单元导致的计算效率偏低的问题；同时实现了二维水动力模型在分布式GPU集群上的优化，进一步提高了计算效率。由于GPU和CPU各自拥有独立的物理内存，而数据交互速度受带宽限制，往往成为GPU程序加速的瓶颈，因而通过将数值计算均匀分布在GPU上完成计算的方式，使得计算过程中无需GPU与CPU之间进行传输数据，从而为获得高效并行提供了前提条件。

该发明涉及流体力学领域。目前，计算流体力学（CFD）正向着高精度、大规模、多目标、实时性方向发展，对计算与存储量的需求日益增加，采用超级计算系统进行大规模并行计算是必然趋势。随着图像处理器GPU浮点运算性能的不断提升，超级计算系统的构建可以选择采用“CPU+加速器”的异构体系结构以提升性能。这一方面为CFD应用带来了低成本、快速求解等发展机遇，同时也给高性能计算研究人员带来算法设计等挑战。

项目依托天津超算中心的高性能计算、云计算、大数据及人工智能等信息技术融合支撑环境，为获得高效并行提供了前提条件。经过多年的发展，国家超级计算天津中心在高性能计算领域具备了提供并行开发和性能优化的能力，取得了一批具有国际先进水平的科研成果，推动了我国海岸工程数据处理领域的产业技术进步，助力我国在海洋、石油勘探、生物医药、航空航天、气候气象、新材料新能源等领域的发展，实现我国更多具有自主知识产权的高性能计算应用突破。