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当前位置首页 >> 中国信息化 >> 文章 关键字:高性能计算;专家;访谈

三种技术造就有限元程序自动生成平台
作者:程鸿;梁国平 来源:赛迪网 字体[放大标准缩小]
 

2006年4月28日上午10:00,著名高性能计算专家、北京飞箭软件有限公司总经理梁国平研究员做客赛迪网,就高性能计算与我国信息化建设与发展等话题与网友们进行了交流和互动。以下为访谈摘录:

程鸿:我也给大家简单介绍一下梁教授的生平经历,梁教授1963年毕业于南开大学数学系,现在已经在中科院数学所工作了43年时间,1983年开始独自一个研制“有限元程序自动生成系统”,1990年获得成功,1994年在中科院主持的鉴定会上被鉴定为世界领先水平,并获1995年国家科技进步二等奖。并将互联网与自动生成技术相结合,研发出可通过互联网使用在线有限元程序自动生成系统,2004年成功推出我国首套并行高性能计算的通用有限元平台pFEPG,填补了我国这一领域的空白。这里我们注意到一个鉴定语——世界领先水平,与很多取得一些科研鉴定达到同等水平是完全不一样的定义,这也是我们国家在高性能计算或者说计算机发展领域方面能够取得的一个最高的评价。

梁国平:我个人觉得领先不领先其实并不重要,最重要的是人们能意识到:高性能计算的发展和进步的瓶颈或者关键问题是应用软件。一个应用软件怎么发展、怎么编制应该有一个新的模式。我提到数值实验、数值仿真、数值模拟这个人类认识世界第三种手段,其中很大程度的就是通过求解偏微分方程的方式完成的,而有限元和有限体积法是现在世界求解偏微分方程的主要方法。通常一个有限元/有限体积软件的规模是非常庞大的,有上百万行的程序,如果我们还按照他们的老路子来编写这样的软件,我们需要非常巨大的投资,非常长的周期,才能投入运行。当你投入运行可能人家又跑在前面很远了,所以我83年开始研究有限元自动生成系统,就是希望能找到新的发展应用软件的模式。

梁国平:对于有限元自动生成系统FEPG来说,目前商业软件在国外基本上是没有的,但是有很多研究工作,也有些网站从报道来看也采用一些自动生成技术。但是我们现在不管什么问题都可以很自如的生成全部的有限元程序,并且可以生成并行机所需要的有限元程序。在国内外还没有看到有关的报道。

梁国平:2000年的时候,我们成功推出了可以基于互联网使用的有限元生成系统iFEPG。2004年底对外公布生成并行计算程序的高性能计算平台pFEPG,目前这套系统已经有十来个用户在用,其中成功的有水科院高拱坝地震的数值模拟,还有各种水泥级配构建的数值模拟已经采用我们这样的系统。另外还有东北大学的一位教授也采用我们这系统做出了很有成效的成果,他是对模拟固体的整个破裂过程,比如说陶瓷体整个制作过程会有裂纹,这些裂纹是怎么产生的,他通过数值模拟的方法,用我们这个并行软件模拟了裂纹形成的过程,这方面做的很成功。当然还有其他方面都正在用我们的系统,当然我们这个系统推出比较晚,所以现在应用成果还不多。

梁国平:但实际上,只要是偏微分方程求解的问题就可以用这套软件来计算,主要是做数值模拟、数值仿真、数值实验的。当然这个领域非常广泛,民用的、国防的各方面都有,天气预报、地球动力、电磁、航空航天、比如空气动力学、水利学、建水坝等,各行各业是非常普遍的。因为这是属于人类认识世界第三种手段用的最多的。

网友:梁教授现在还做技术开发吗?能否给我们简单介绍一下技术理念?

梁国平:目前为止整个计算系统的核心部分也就是自动生成部分主要还是我带领开发的,系统研发中我们主要采用了三种软件技术。第一,是自动生成技术;就是根据公式生成程序。第二,是元件化技术(component),现在很多都翻译成组件化技术,也有叫中间件技术的,目前很多软件公司都在采用这种技术来做他们的软件,我觉得是很好的。中间件技术也就是一种基础软件的技术,我们的每一个中间件,每一个元件程序是可变的,是根据用户的算法自动生成的,所以不同的问题生成的程序不一样。实际上我们的FEPG也是基础软件,我们的技术从概念上和理念上基本和中间件是一致的,但由于我们采用了自动生成技术,大大减少了中间件的数量,一般来说中间件可能要几十个、几百个,甚至几千个,所以,这里面,自动生成技术占有非常重要的作用。我们现在一般用5个中间件就够了,并且这5个元件程序总代码量加起来不到2000行,你只要读懂5个中间件的源码就可以理解了,所以说采用我们的系统是非常有意义的,否则,就像微软那样,即使给你全部的代码,你都没有时间读懂它,所以自动生成使得软件的开发简单化,并且使用户理解这个软件非常容易。只有这样的技术才可能对开放源码起到更好的推动作用。我们生成的全部源码,用户都是看得见的,是一个一般用户都可以理解的开放平台。

梁国平:第三种技术我们采用了公式库技术。这个技术也是由于自动生成带来的,我们知道一般的软件采用的是程序库技术。而对自动生成技术来说它主要靠自动生成完成,所以程序库技术就不是主要的,当然我们也会用到非常少量的一些程序库。但最主要的还是公式库,哪些微分方程表达式和算法,我们可以放在库里,用户可以用点菜单的形式直接取出来。有了这样公式库,用户连微分方程表达式和算法也不用写,只要鼠标一点就可以了。大家可以通过这样的方式,不需要写任何东西就可以得到你的程序。当然公式库是要有大量的人来建的,公式虽然很短,每个公式也就是几十行,甚至有时候就一两行。但是每一个公式我们要写好,保证没有错误,是需要很多努力的。第一要看微分方程的模型对不对,另外这个模型解决什么问题?微分方程是各行各业比如像生物、物理、固体、流体都用的,但只有经过专业知识的培训、专业的学习才能理解的,不理解偏微分方程也就不可能理解通过数值求解出来的结果是否符合你的问题。我们公司目前由于技术人员还没有足够多的专业人员参与,所以我们现在做的工作是有限的,主要在固体力学方面做的比较多。但是我们的系统是可以不受这个限制的,不管什么领域都可以使用。所以,目前各学科领域的用户,可以通过互联网的方式,到我们公司网站下载客户端界面,通过这个界面就可以用我们的软件了。

梁国平:实际上现在每天都有上百人上我们的网站使用iFEPG系统,包括国内、国外的网络用户,还有很多写毕业论文,或者做研究用我们软件的学生,很多都用的很成功比如加拿大的一个博士生采用这个平台在2005年的世界数值模拟大赛上取得前三名的成绩,还有北京大学一个大学生在北京市挑战杯大学生知识竞赛中取得优异的成绩。如果大家觉得下载比较困难的话也可以给我们公司发E-mail,我们可以把界面光盘寄过去,通过互联网的方式就可以使用。希望有越来越多的网友能够通过iFEPG真正开始对高性能计算应用软件开发产生兴趣,也能够投入到这个事业的发展中来,我相信对个人来说是有前途的,对整个国家来说也是非常有前景的一个很重要的产业。(T121)

 
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