流体动力学研究的对象涉及流体运动规律及其与能量、质量传递之间的相互关系，这类问题通常具有复杂性、非线性和大规模等特点，这就要求拥有极高的计算资源和计算能力。超级计算机在此领域的应用，使得科学家和工程师能够精确模拟和预测从微观分子级别的布朗运动到宏观宇宙尺度的星际气体流动等各种流体动力学现象。具体而言，借助超级计算机的强大计算能力，流体动力学家能够实施高精度、大规模的流体流动仿真，对湍流、多相流、传热传质等问题进行深入研究，这对于航空、航海、气象预报、石油化工等众多行业的发展和进步起到了至关重要的作用。

应用场景

在航空与航天领域，超级计算机用于设计优化飞行器的气动外形，模拟飞行条件下的空气动力学性能，为新型飞行器设计、风洞试验验证和飞行控制系统的开发提供了强有力的支持。在船舶工程中，流体动力学仿真帮助设计更高效的船体形状和推进系统，以减小阻力、节约能源。

在环境科学和气候研究方面，超级计算机能够模拟地球气候系统，预测气候变化趋势，分析极端气候事件的可能性和影响。

此外，在能源、化工、机械制造等诸多领域，流体动力学仿真也有着广泛的应用。例如，在石油天然气开采中，通过模拟地下油藏的复杂流体流动情况，优化钻井和开采策略；在汽车制造业，模拟汽车引擎内部燃烧过程的流体流动，改进发动机性能和排放标准；在核电站设计中，仿真核反应堆内部冷却剂的流动状态，确保核能发电的安全性和稳定性。

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摘要：晶格玻尔兹曼法（LBM）是一类计算流体力学方法，它将流体建模为虚构粒子。本文报告了我们在 SunwayLB 上开展的工作，该系统可利用先进的异构系统（如 Sunway 超级计算机）为工业应用提供基于 LBM 的解决方案。我们提出了几项技术来提高 SunwayLB 的仿真速度和可扩展性，其中包括定制的多级领域分解和数据共享方案、为实现更均衡的工作负载而融合具有不同性能约束的内核的精心策划策略，以及汇编代码优化策略。基于这些优化方案，我们设法在三台先进的超级计算机上扩展 SunwayLB： Sunway TaihuLight、新型 Sunway 超级计算机和 GPU 集群。在 "光威太湖之光 "上，我们最大规模的仿真涉及多达5.6万亿个晶格单元，实现了每秒112.45亿次单元更新（GLUPS）、77%的内存带宽利用率和4.7 PFlops的持续性能。我们利用新一代双威超级计算机的独特功能，进一步提高了内存带宽利用率和计算效率。在新一代双威超级计算机上，最大的仿真包含超过 4.2 万亿个晶格单元，产生 6,583 GLUPS，内存带宽利用率为 81%，持续性能为 2.76 PFlops。为了评估我们代码的可移植性，我们还将代码调整到了具有量身定制功能的 GPU 集群上。

应用案例

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