CAIEC路演 | 秩益科技：新一代計(jì)算流體力學(xué)工業(yè)軟件及超級計(jì)算
2022-09-28
開啟CFD/CAE工業(yè)模擬仿真消費(fèi)級超級計(jì)算新時代！
北京秩益科技有限責(zé)任公司
北京秩益科技有限責(zé)任公司創(chuàng)設(shè)于2021年5月，是全新一代計(jì)算流體力學(xué)（CFD：Computational Fluid Dynamics）工業(yè)軟件及解決方案供應(yīng)商，是向工業(yè)模擬仿真提供消費(fèi)級超級計(jì)算能力的高新科技初創(chuàng)企業(yè)。
新一代計(jì)算流體力學(xué)工業(yè)軟件及超級計(jì)算
前后歷經(jīng)十四年研發(fā)，Dimaxer是秩益科技在創(chuàng)新算法求解器和全異步計(jì)算架構(gòu)兩個方面實(shí)現(xiàn)世界級突破后的重要技術(shù)產(chǎn)品與成果；以之為核心的全新一代計(jì)算流體力學(xué)解決方案使高階、高精度、高置信度的工業(yè)級CFD計(jì)算及模擬仿真效能相較于國際主流商業(yè)軟件算力水平直接提升了100至1000倍。這一領(lǐng)先于國際同行的技術(shù)使得CFD及CAE領(lǐng)域的消費(fèi)級超級計(jì)算不僅成為可能，還一步跨進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。經(jīng)測算，在CFD賽道，秩益科技可以使用當(dāng)前的商業(yè)硬件，極低的成本直接達(dá)到NASA提出的2030工業(yè)模擬仿真高性能計(jì)算愿景目標(biāo)；或者以低于1%的造價(jià)，對當(dāng)前全球最快的超級計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)超越，且運(yùn)行成本僅為后者的2.5%左右。同時，還可以進(jìn)一步結(jié)合極簡設(shè)計(jì)芯片，最終推出顛覆整個行業(yè)的消費(fèi)級超算軟硬件一體化產(chǎn)品。該項(xiàng)目在服務(wù)國產(chǎn)“大飛機(jī)”、服務(wù)“兩機(jī)工程”、等航空航天行業(yè)“國之重器”研制和開發(fā)的同時，還可以用在車輛工程、動力工程、海洋工程、環(huán)境工程、芯片和電池散熱、石化、冶金、醫(yī)療等領(lǐng)域。
各位評委好，我叫張揚(yáng)，是秩益科技的聯(lián)合創(chuàng)始人，今天我要介紹的項(xiàng)目是CFD工業(yè)軟件。CFD工業(yè)軟件之于現(xiàn)代航空制造業(yè)可類比于EDA軟件之于芯片設(shè)計(jì)，它在航空工業(yè)中有設(shè)計(jì)仿真之王的稱號。與此同時，CFD軟件的用途除了航空工業(yè)之外，在動力機(jī)械、其他軍工國防、汽車與交通、芯片及電子產(chǎn)品散熱、海洋工程和石化冶金等方面都有非常廣泛的應(yīng)用。深度數(shù)字孿生給CFD軟件提出了更高的要求。目前我們企業(yè)的解決方案在工業(yè)級流場的模擬仿真方面已經(jīng)成為被驗(yàn)證的數(shù)字孿生行業(yè)應(yīng)用，但是在具體的多物理場仿真方面，深度數(shù)字孿生依然有更大的市場。2. 團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)品、能力、業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)方面，盧義博士、劉凱博士和我最早是在清華大學(xué)熱能工程系開始合作，之后又在斯坦福、牛津和劍橋分別有訪問學(xué)者的經(jīng)歷。經(jīng)過14年的合作和研發(fā)，我們在劍橋大學(xué)做博士后之后，開始了創(chuàng)業(yè)。盧義博士擔(dān)任公司的CEO，劉凱博士擔(dān)任CTO，我擔(dān)任執(zhí)行總裁一職。我們公司有兩大技術(shù)壁壘，第一，我們在底層算法方面有別于其他CFD軟件，采用的二階精度有限體積或者是格子玻爾茲曼，我們是唯一一家商業(yè)化、高階精度、通量重構(gòu)算法的企業(yè)。我們可以把計(jì)算的原始加速比提高到10到100倍。第二，我們也是唯一的CFD商用化平臺當(dāng)中能夠使用游戲顯卡（即低成本顯卡）GPU進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算的平臺。2018年，我們在英國劍橋成立了自己的公司，2021年回到國內(nèi)。我們曾經(jīng)在AIAA大會上，當(dāng)場使用一臺游戲筆記本，基于RTX2080的游戲顯卡，對TCV也就是湍流直接數(shù)字模擬進(jìn)行了量化對比。我們只用4個GPU小時，一臺游戲筆記本，計(jì)算精度就可以達(dá)到與劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)和比利時團(tuán)隊(duì)1萬個CPU小時相當(dāng)?shù)挠?jì)算精度。除了這樣學(xué)術(shù)級別的驗(yàn)證之外，我們還在大飛機(jī)、高超聲速飛行器、無人機(jī)、火箭、導(dǎo)彈等高速應(yīng)用場景進(jìn)行了標(biāo)模與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。日本的富岳計(jì)算機(jī)是排名世界第二的超算，我們目前正在搭建的超算中心，在計(jì)算流體力學(xué)這一專用領(lǐng)域，可以用2400張左右游戲顯卡的計(jì)算資源，依托我們的算法達(dá)到和超算相當(dāng)，甚至超過超算的效率。但是我們的造價(jià)和運(yùn)維成本只有不到富岳計(jì)算機(jī)的1%。目前我們的使用客戶包括了大飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、商用航天、核電、冶金、以及高校國防軍工項(xiàng)目等方面。我們也取得了一定的商業(yè)成績，今年確定的合同金額是480萬，軟件產(chǎn)品銷售、軟硬件一體機(jī)以及項(xiàng)目工程咨詢都涵蓋在內(nèi)。銷售形式包括license、云計(jì)算、軟硬件一體機(jī)、定制開發(fā)以及工程咨詢服務(wù)。我們?nèi)ツ?月份發(fā)布了1.0的版本，今年年底我們將會發(fā)布集成更成熟前處理，也就是網(wǎng)格劃分的第二代產(chǎn)品。我們從最開始創(chuàng)業(yè)就沒有定位在一定要做國產(chǎn)替代性的產(chǎn)品，因?yàn)槲覀冏钤缭谟苯用鎸Φ氖菤W洲Ansys的傳統(tǒng)市場。目前國際上比較流行的6種CFD軟件都被美國控制，國內(nèi)95%的市場被國外公司占據(jù)，有卡脖子的問題存在。通過比較，我們在精度、效率、穩(wěn)定性以及低成本方面都有自己技術(shù)上的優(yōu)勢。
首先是飛行器領(lǐng)域。我們在大飛機(jī)項(xiàng)目中有DES級別的仿真，在計(jì)算時間以及硬件成本方面都有顯著的下降。在高超聲速飛行器以及火箭和導(dǎo)彈等超聲速的運(yùn)行范圍，我們有非常好的激波捕捉功能，并且具備了網(wǎng)格自適應(yīng)加密的功能。在機(jī)翼的激波抖振方面，可以看到左圖是我們量化對比的結(jié)果，右圖是我們對激波捕捉生成的云圖效果。去年，我們還參與了商飛C919空速管的公開標(biāo)模競標(biāo)。當(dāng)時的要求是在10個工作日給出DES級別精度的解析解，我們是6個參賽單位中唯一一個在10個工作日內(nèi)提供DES精度結(jié)果的單位，并且在10個工作日內(nèi)提供了6個點(diǎn)，平均1.5天計(jì)算出一個DES結(jié)果，并且所有的數(shù)據(jù)誤差都在百分之二以內(nèi)，其他的進(jìn)口軟件在大側(cè)風(fēng)狀態(tài)下都已經(jīng)嚴(yán)重失真了。其次是航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域。航空發(fā)動機(jī)的CFD模擬面對比較大的挑戰(zhàn)是近喘振點(diǎn)，比如小折合流量的情況下，以及航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)內(nèi)部比較復(fù)雜的脫體渦，還有角窩的數(shù)值模擬，可以看到圖上綠色的點(diǎn)，我們已經(jīng)非常逼近近喘振點(diǎn)，并且在工作工況以及高流量工況下和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都有非常好的吻合。在航空發(fā)動機(jī)葉片的尾跡以及激波細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)解析方面，我們也和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，并且取得了非常好的穩(wěn)定性。發(fā)展規(guī)劃方面，我們2021年回到國內(nèi)，完成了天使輪的融資。2022年到2023年，我們最重要的計(jì)劃是進(jìn)一步完成優(yōu)化我們的前處理，因?yàn)槲覀冊谖錆h也有自己專門的前處理開發(fā)團(tuán)隊(duì)，也就是網(wǎng)格生成團(tuán)隊(duì)，形成自己集成化的軟件平臺，更成熟的版本。我們現(xiàn)在進(jìn)行的是pre-A輪。公司將在第一階段也就是2023年年底達(dá)到60人左右的規(guī)模。在2023年到2024年，我們將結(jié)合國產(chǎn)GPU（目前的合作伙伴是摩爾線程）以及國產(chǎn)CPU（目前的合作伙伴是華為鯤鵬系統(tǒng)），在CFD軟件和超算中心，尤其是在私有云搭建的小型計(jì)算中心方面，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的全部國產(chǎn)化。在2024年之后，我們這一套通用的底層偏微分方程組的求解器可以推廣到電磁仿真、固體力學(xué)仿真等其他偏微分方程多物理場模擬的領(lǐng)域，并且我們并不是單獨(dú)模塊區(qū)分，而是整個集成的環(huán)境。謝謝。歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)、專家以及投資人的提問。
評委提問&點(diǎn)評
你們現(xiàn)在這個軟件平臺包括軟件對于算力的要求是什么樣的？我舉個例子，像您用GPU算，如果用像分子動力學(xué)比較擅長的Anton 2 超算，這兩種芯片對我們平臺算力包括算法、時間有什么樣的影響嗎？
張揚(yáng)：我們目前只能夠在CPU加GPU的硬件平臺上進(jìn)行仿真，并且一張GPU卡在20Tflops單精度浮點(diǎn)計(jì)算以上的性能上，要搭配至少8個線程2.2GHz以上的CPU。CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包分組，在GPU上進(jìn)行重的計(jì)算。其他的計(jì)算平臺、硬件平臺我們暫時不支持，只支持CPU加GPU的平臺。
張揚(yáng)：主要的GPU服務(wù)器就可以了。
張揚(yáng)：十灃科技、南京天洑這兩家主要是做計(jì)算流體。計(jì)算流體的公司還有前沿動力、蘇州舜云，但它們用的是粒子群的仿真方法，不是通用的CFD求解器。所以，主要的競爭對手還是十灃科技和南京天洑這兩家。國產(chǎn)開源平臺有空氣動力研究院做的“風(fēng)雷”。
據(jù)我了解，中航工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)也有做得非常成熟的CFD，你們有沒有了解過或者是和他們做過什么比較嗎？
張揚(yáng)：據(jù)我們了解，目前也有國內(nèi)院所開發(fā)的仿真平臺，主要針對的方法還是二階精度有限體積或者格子玻爾茲曼。我們目前主要的切入點(diǎn)是二階精度有限體積和格子玻爾茲曼沒有辦法非常好發(fā)揮出優(yōu)勢的領(lǐng)域，比如說DES、LES的高速仿真，GPU的大規(guī)模并行，在氣動、噪聲等領(lǐng)域。如果采用傳統(tǒng)的算法，模擬時間基本上都是以月為單位，我們目前可以幫助消費(fèi)者(用戶)在采購4節(jié)點(diǎn)8卡GPU硬件的情況下，達(dá)到以工作日為單位，產(chǎn)出DES和LES的工業(yè)級仿真結(jié)果。
在國際上，你們有沒有目標(biāo)的對標(biāo)軟件？你覺得和它們差距大嗎？
張揚(yáng)：國際上主要是Ansys公司的FLUENT、CFX、NUMECA、CD-adapco公司的Star-CCM+ 和達(dá)索公司的POWERFLOW。
目前我們在通用的底層算法上，速度是比這些公司的產(chǎn)品二階精度有限體積或和格子玻爾茲曼快的。但這些公司主要的優(yōu)勢在于有更廣泛的燃燒、多相模型，以及更好的人機(jī)操作界面、圖形圖像處理等。這一方面我覺得需要我們國產(chǎn)軟件公司特別是工業(yè)軟件公司更長時間的積累。
本文根據(jù)嘉賓在【第六屆中國航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽】上的發(fā)言整理、刪減。(查看更多完整視頻請掃描二維碼)
