面向大规模数值计算的并行网格生成

    1 大规模科学与工程计算

    计算科学和工程（ComputationalScienceandEngineering)，或称科学工程计算(ComputinginScienceandEngineering),有别于传统的计算机科学和工程，也有别于传统的计算数学。它是不同学科的多种多样的凭籍计算机计算的应用研究的集合，其主要方面在于计算机模拟和仿真技术(ComputationalModelingandSimulation)的多学科应用。

    大规模计算提出的世界性难题(如大规模网格生成技术、并行计算方法、大规模数据分析及可视化等）已形成科学计算的学科前沿。求解实际问题得到的复杂的偏微分方程不仅计算规模大，更由于非线性、多尺度、长时间、不适定、多区域、高病态等特点使计算格外困难。大规模科学计算对科学研究具有极其重要的意义，是计算机学科发展面临的重大任务。科学计算的发展水平已成为一个国家综合国力的重要标志。美国在此领域长期处于领先地位，自上世纪90年代以来先后实施了一系列与科学计算有关的计划，连年投入巨资支持科学计算研究。我国在1991年也将“大规模科学与工程计算的方法和理论”列入首批国家基础研究重大关键项目一“攀登计划”项目；1997年又被列入国家“九五”“攀登计划”预选项目。2006年2月，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年)》，指出加速发展高性能计算对提高我国国防建设与国家安全、国家经济建设、国家重大工程和基础科学研究等尖端科技领域的核心支撑能力，具有十分重要的战略意义。可喜的是，近年来随着计算机技术的大力发展，尤其是“天河一号”、“天河二号”等千万亿次、亿亿次超级计算机的问世，大大推动了我国大规模科学计算研究的进展。

    经过近几十年的发展，计算模拟技术已经在国防建设与国家安全、经济建设、重大工程和重大基础科学研究等多个方面取得了广泛而深入的应用(图1)。当前以超级大规模计算为

    图1 高性能计算应用

    最主要研究途径的领域包括：国家和社会安全，如情报分析、信号和图像处理、地震预测预报、航空航天飞行器、武器系统集成模拟和测试等;基础科学研究，如气象气候变化及天气预报（图2)、天体地球物理、天文物理、高能物理、凝聚态物理、加速器物理、计算化学、生命科学、新材料设计和模拟、医学等;工程产品设计，如航空、航天、舰船、能源、电子与电气等领域中的计算流体力学、电磁学分析、大型实验装置结构分析、多场耦合分析、系统性能优化分析等；商业，如电影动画、金融数值模拟、商业数据挖掘、物流系统规划和优化等；社会学，如传染病扩散、社会动力学、宏观经济学等，大量的高性能计算应用和需求正在不断涌现。随着基础科学与工程应用研究向着更大规模、更高复杂度、更加微观或宏观的尺度发展，高性能计算的需求越来越强烈，其地位也越来越重要。高性能计算已经成为各种前沿科学研究、技术开发和工程设计必不可少的重要基石，其应用的领域也越来越广泛。