采訪背景：中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所多相復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室【官網(wǎng)：http://www.mpcs.cn/】于2006年7月由科技部正式批準(zhǔn)開始建設(shè)，2009年1月16日通過科技部的驗(yàn)收。實(shí)驗(yàn)室的研究對(duì)象是能源轉(zhuǎn)化、材料制備等多相復(fù)雜系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括多相復(fù)雜系統(tǒng)的多尺度理論與方法，多相體系的離散化模型與計(jì)算，化工、材料與能源工程中的工藝與過程調(diào)控，過程工程數(shù)據(jù)信息平臺(tái)等。主要目的是提高反應(yīng)的效率、降低成本、減少污染、節(jié)能減排等等。

為進(jìn)一步了解高性能計(jì)算在生物化工過程模擬中的應(yīng)用， 記者采訪了來自中科院過程工程研究所的葛蔚，他介紹了在應(yīng)用高性能計(jì)算進(jìn)行過程模擬的挑戰(zhàn)，分享了自己的一些經(jīng)驗(yàn)，并談到了對(duì)于高性能計(jì)算未來的一些建議。

高性能計(jì)算在生物化工過程模擬應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

葛魏表示，以前的主要是通過實(shí)驗(yàn)來模擬這些過程，現(xiàn)在隨著高性能計(jì)算的發(fā)展，慢慢可以用計(jì)算的方式來做一些工作。但是要完全靠計(jì)算來解決還有很長(zhǎng)的路要走。

首先，應(yīng)用領(lǐng)域的人需要深入了解底層的硬件架構(gòu)。隨著機(jī)器規(guī)模越來越大，特別是像GPU這樣的技術(shù)的出現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域的人不得不去了解機(jī)器，以及更多的底層的需求。以前，只需學(xué)會(huì)高級(jí)語言，了解了算法，就可以了;現(xiàn)在，更重要的問題是“怎么算得快”，這樣，要使用高性能計(jì)算的時(shí)候就不得了解底層硬件的架構(gòu)，這樣才能使寫出來的程序更適合這個(gè)硬件架構(gòu)。并且，不能光從一個(gè)因素考慮，需要通過長(zhǎng)時(shí)間的積累，去摸索多方面的影響因素。

同時(shí)，微觀層次模擬模型的建立也是一個(gè)很重要的問題。葛蔚表示，微觀層次的模擬在模型上有很大問題，模型如果是合理的，計(jì)算結(jié)果才會(huì)是正確的，如何建立正確的模型，這個(gè)不是計(jì)算機(jī)本身的問題，而是應(yīng)用領(lǐng)域的人需要考慮的。所以，我們應(yīng)用領(lǐng)域的人，還有大量的工作要做。同時(shí)，模型如何做到有足夠的精度也是很重要的一個(gè)方面。例如，解一般流動(dòng)的問題，NS方程是正確的，但是，算法是不是能夠算到足夠大的規(guī)模?特別是在高性能計(jì)算中大量的都是用并行計(jì)算。以前可能在串行上效率很好的，但是到并行上以后，它的效率馬上下降，反過來在原來串行比較慢的方法，可能反而是一個(gè)好方法，這需要在編程思路上做一些轉(zhuǎn)變。

此外，效率和通用性的矛盾是一個(gè)十分重要的方面。學(xué)反應(yīng)和化工過程的模擬實(shí)際上包含各種各樣不同的算法，在這一個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)包含了很多不同的機(jī)器的需求，所以,實(shí)際上并不是說我們這個(gè)化學(xué)工程的計(jì)算就要用某一個(gè)類型特定的機(jī)器，對(duì)別的領(lǐng)域我相信也是這樣，一個(gè)領(lǐng)域涉及到不同的算法。

這個(gè)角度來講，更應(yīng)該打破領(lǐng)域概念，而是從算法本身特點(diǎn)來考慮底層的硬件。比如說解方程組是一種算法，解粒子運(yùn)動(dòng)是一種算法，應(yīng)該從這個(gè)角度考慮不同的算法，應(yīng)該用什么特殊的硬件，這些方法之間怎么耦合起來，解決各種各樣的應(yīng)用問題。

不同的算法需要不同的硬件，然而不可能為每一種算法提供一個(gè)系統(tǒng)，所以就需要在通用型和效率之間尋求一個(gè)平衡。目前很多的情況下，效率和通用性這個(gè)矛盾還是比較突出的，又想哪都能用，又想效率高，這是一個(gè)很難的地方。

一方面，讓軟件盡可能有通用性，另一方面，效率方面，針對(duì)軟件設(shè)計(jì)的硬件，盡可能的有專門的設(shè)計(jì)提高它的效率，這樣能夠相對(duì)比較好的解決效率和通用性之間的矛盾。比如說以前的流動(dòng)的問題，用方程組的解法，現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為粒子解法;比如說對(duì)于多項(xiàng)系統(tǒng)，對(duì)于顆粒和流體都可以用粒子方法解，以前我相當(dāng)于兩種方法去耦合，現(xiàn)在可以用同一種方法來解，這時(shí)候，算法設(shè)計(jì)的難度和并行性就提高了。當(dāng)然，這并不是萬能的，但是當(dāng)你遇到一個(gè)問題的時(shí)候，你可能需要想這樣一些非常規(guī)的辦法。

HPC未來如何走?混合計(jì)算提高耦合效率

在談到對(duì)于未來的展望時(shí)，葛蔚表示，混合計(jì)算—Heterogeneous結(jié)構(gòu)目前來看是比較顯著一個(gè)方向，可以發(fā)揮不同硬件的特長(zhǎng)，針對(duì)不同的軟件來提高耦合以后的效率。

另一方面,在軟件的開發(fā)方面應(yīng)該大家投入，葛魏認(rèn)為，現(xiàn)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，購(gòu)置一些硬件，買一些GPU或者超算的設(shè)備，不是一個(gè)特別大的問題，相對(duì)來講，軟件開發(fā)的投入不是特別的足。

另外，怎么樣保證一種機(jī)制，讓大家有非常長(zhǎng)的時(shí)間，穩(wěn)定的去開發(fā)軟件，都非常的關(guān)鍵。軟件開發(fā)是長(zhǎng)期投入才能得到比較好的效果，但是現(xiàn)在大部分的工作中，大家都愿意支持一些寫論文，或者建一些硬件的東西。

實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃：在軟件和硬件的迭代中達(dá)到最佳配合

葛蔚還介紹了實(shí)驗(yàn)室在未來的一些規(guī)劃，他表示，希望通過軟件和硬件之間的迭代改進(jìn)，來達(dá)到最佳的配合。“我們現(xiàn)在主要還是在做一些應(yīng)用軟件的開發(fā)，近期主要側(cè)重于應(yīng)用。隨著應(yīng)用的深入，將會(huì)對(duì)硬件提出一些新的要求，根據(jù)這些硬件要求，再和其他一些單位合作，考慮怎么樣構(gòu)建新一代的硬件的設(shè)備，從硬件到軟件，軟件到硬件，這樣相互不斷的迭代，最后達(dá)到一個(gè)最佳的配合。”

具體的最佳的硬件架構(gòu)究竟是怎樣的還需要慢慢探索。但是，葛蔚表示，應(yīng)用對(duì)高性能計(jì)算的要求將會(huì)主要有幾個(gè)方面，比如更加可靠，計(jì)算和訪存的比例的改進(jìn)，訪存的速度應(yīng)該進(jìn)一步提高，通訊的速度進(jìn)一步加快等。