研究人员在湍流模拟中实现了世界纪录的分辨率

从水龙头流出的水到推动飞机的喷气发动机中的化学反应，湍流影响着我们的日常生活。佐治亚理工学院的研究人员正在简化的环境中研究湍流的复杂物理现象，这可以帮助我们更好地理解自然和工程。

从最基本的角度来说，湍流包括时间和三维空间中各种尺度上的无序波动。这些复杂性意味着许多基本方面仍未得到理解。计算机可以帮助解开这个谜团，但基于精确物理定律的直接数值模拟一直非常耗费资源。在研究罕见的、非常大的波动时，它们的挑战最大。

现在，世界上第一台(也是速度最快的)百亿亿次级计算机 Frontier 每秒可进行千万亿次运算，它正在帮助研究人员更好地了解湍流。

“湍流非常复杂，理论尚不完善，实验室测量也很艰巨，”丹尼尔古根海姆航空航天工程学院教授 PK Yeung 表示，他同时受聘于乔治 W. 伍德拉夫机械工程学院。

“Frontier 拥有超过 5 万亿个网格点，处于世界领先水平，预计将带来新的发现，进而促进建模领域的进步，通过建模可以对假设和预测进行数字检验。”

杨和他的团队在 Frontier 首次上线时就访问了位于橡树岭国家实验室的 Frontier，并且还从美国能源部科学办公室运行的 INCITE 计划获得了大量机器使用时间。Frontier 的强大功能主要在于强大的图形处理单元 (GPU)，它们可以快速计算。

Yeung 的团队发表了一篇期刊文章，描述了一种非常成功的算法，该算法专门设计用于最大限度地利用 Frontier 的功能，使极高分辨率的模拟变得可行且高效。这项研究发表在《计算机物理通讯》杂志上。

杨说：“在许多科学领域，人们认为这种规模的计算是不可能的，但现在我们做到了，也许比预期的要早。”

“我们在湍流模拟方面的工作还展示了其他领域感兴趣的几种高级 GPU 编程原理，尤其是那些所谓的伪谱方法很重要的领域。通过与美国国家科学基金会支持的约翰霍普金斯大学湍流数据库项目合作进行公共数据共享，我们的极端规模模拟的科学影响有望得到进一步增强。”