課題申報(bào)書(shū)項(xiàng)目來(lái)源一、封面內(nèi)容

項(xiàng)目名稱(chēng)：面向下一代高性能計(jì)算系統(tǒng)的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究

申請(qǐng)人姓名及聯(lián)系方式：張明，zhangming@

所屬單位：國(guó)家高性能計(jì)算研究所

申報(bào)日期：2023年10月26日

項(xiàng)目類(lèi)別：應(yīng)用研究

二．項(xiàng)目摘要

本課題旨在針對(duì)當(dāng)前高性能計(jì)算系統(tǒng)在多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化方面存在的瓶頸問(wèn)題，開(kāi)展系統(tǒng)性研究，以提升計(jì)算效率與精度。項(xiàng)目核心內(nèi)容聚焦于多物理場(chǎng)耦合模型的動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)、跨尺度數(shù)值方法以及異構(gòu)計(jì)算資源優(yōu)化調(diào)度策略。研究目標(biāo)包括：1）建立適用于流體力學(xué)、熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)多物理場(chǎng)耦合的統(tǒng)一求解框架；2）開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化算法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與求解精度的動(dòng)態(tài)平衡；3）設(shè)計(jì)面向GPU與FPGA的異構(gòu)計(jì)算并行策略，優(yōu)化大規(guī)模并行計(jì)算性能。項(xiàng)目擬采用混合有限元與有限體積相結(jié)合的數(shù)值方法，結(jié)合MPI+OpenMP混合并行編程模型，通過(guò)在超算平臺(tái)上開(kāi)展基準(zhǔn)測(cè)試與工程應(yīng)用驗(yàn)證。預(yù)期成果包括一套完整的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件工具包、系列高性能計(jì)算并行策略及優(yōu)化算法，以及相關(guān)理論分析報(bào)告。該研究將顯著提升復(fù)雜工程系統(tǒng)仿真計(jì)算的魯棒性與效率，為航空航天、能源工程等領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，并推動(dòng)我國(guó)高性能計(jì)算技術(shù)向更高水平發(fā)展。

三.項(xiàng)目背景與研究意義

隨著全球科技競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，高性能計(jì)算（High-PerformanceComputing,HPC）已成為支撐國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技創(chuàng)新的核心基礎(chǔ)設(shè)施。特別是在航空航天、能源勘探、氣候變化模擬、先進(jìn)材料設(shè)計(jì)以及生物醫(yī)學(xué)工程等前沿領(lǐng)域，復(fù)雜工程系統(tǒng)的多物理場(chǎng)耦合行為研究已成為不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些系統(tǒng)往往涉及流體力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、固體力學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)等多個(gè)物理場(chǎng)的相互作用，其行為模式通常具有高度的非線(xiàn)性、多尺度、大變形和強(qiáng)耦合特性，對(duì)計(jì)算精度和效率提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

然而，當(dāng)前高性能計(jì)算系統(tǒng)在處理多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，仍面臨諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。首先，在數(shù)值方法層面，傳統(tǒng)的單一物理場(chǎng)求解器難以有效處理跨物理領(lǐng)域的復(fù)雜耦合界面和瞬時(shí)相互作用。例如，在計(jì)算流固耦合問(wèn)題時(shí)，流體域和結(jié)構(gòu)域的網(wǎng)格往往需要獨(dú)立生成且難以匹配，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷(xiāo)巨大，并行效率低下；在多相流模擬中，相界面捕捉的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性對(duì)結(jié)果影響至關(guān)重要，但現(xiàn)有格式（如VOF、LevelSet、FrontTracking等）在處理強(qiáng)變形、大密度差場(chǎng)景時(shí)仍存在數(shù)值擴(kuò)散、偽振蕩或捕捉失敗等問(wèn)題。其次，在求解策略層面，多物理場(chǎng)問(wèn)題通常具有巨大的計(jì)算量，對(duì)并行計(jì)算技術(shù)提出了極高要求。如何設(shè)計(jì)高效的數(shù)據(jù)分布和負(fù)載均衡策略，充分利用現(xiàn)代HPC系統(tǒng)中的數(shù)百乃至數(shù)萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心，是當(dāng)前并行計(jì)算領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。此外，計(jì)算資源與求解精度之間的平衡也極具挑戰(zhàn)性，尤其是在工程應(yīng)用中，往往需要在有限的計(jì)算時(shí)間或資源內(nèi)獲得足夠精確的結(jié)果，這對(duì)自適應(yīng)算法和誤差控制技術(shù)提出了更高要求。最后，現(xiàn)有HPC應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)往往缺乏對(duì)多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的深度支持，難以實(shí)現(xiàn)從模型構(gòu)建、求解配置到結(jié)果后處理的端到端優(yōu)化，導(dǎo)致研究人員需要花費(fèi)大量精力在底層并行和算法細(xì)節(jié)上，而非專(zhuān)注于科學(xué)問(wèn)題的本身。

這些問(wèn)題的存在，嚴(yán)重制約了我國(guó)在復(fù)雜工程系統(tǒng)研究領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐水平。一方面，現(xiàn)有計(jì)算能力的瓶頸使得許多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題（如極端條件下的材料性能退化機(jī)制、復(fù)雜流體系統(tǒng)的非定性行為、強(qiáng)耦合系統(tǒng)的不穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等）難以得到深入刻畫(huà)和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，阻礙了相關(guān)學(xué)科的理論突破。另一方面，在工程應(yīng)用層面，由于計(jì)算效率不足或精度難以保證，導(dǎo)致基于仿真驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程效率低下，難以滿(mǎn)足快速迭代的工業(yè)需求，尤其是在高端裝備制造、新能源開(kāi)發(fā)等國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)中，形成了技術(shù)發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節(jié)。因此，開(kāi)展面向下一代高性能計(jì)算系統(tǒng)的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅是提升我國(guó)HPC應(yīng)用水平、突破復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題需求的迫切需要，也是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家科技安全的重要舉措。本課題的研究具有極強(qiáng)的必要性和緊迫性。

本課題的研究意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

在學(xué)術(shù)價(jià)值層面，本項(xiàng)目旨在推動(dòng)計(jì)算力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算熱力學(xué)等多個(gè)交叉學(xué)科領(lǐng)域的理論創(chuàng)新和方法學(xué)進(jìn)步。通過(guò)研究多物理場(chǎng)耦合模型的動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)，將突破傳統(tǒng)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)耦合框架的局限，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜幾何拓?fù)渥兓臀锢韴?chǎng)快速演化過(guò)程的精確捕捉，為多尺度、多物理場(chǎng)復(fù)雜系統(tǒng)的建模理論提供新思路。開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化算法，將探索數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與模型驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的數(shù)值方法新范式，有望顯著提升傳統(tǒng)數(shù)值方法的計(jì)算效率和精度控制能力，并可能催生一類(lèi)全新的智能自適應(yīng)計(jì)算方法。設(shè)計(jì)面向異構(gòu)計(jì)算資源的優(yōu)化調(diào)度策略，將深化對(duì)現(xiàn)代HPC硬件架構(gòu)的理解，推動(dòng)計(jì)算算法向硬件特性和應(yīng)用需求的高度適配演進(jìn)，為高性能計(jì)算算法與硬件協(xié)同設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)路徑。這些研究將豐富和發(fā)展計(jì)算科學(xué)與工程的理論體系，提升我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)影響力。

在經(jīng)濟(jì)價(jià)值層面，本課題的研究成果將直接服務(wù)于國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在航空航天領(lǐng)域，研究成果可應(yīng)用于飛行器氣動(dòng)彈性、熱結(jié)構(gòu)耦合分析、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)與傳熱模擬等，為新型飛行器設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和可靠性預(yù)測(cè)提供強(qiáng)大的計(jì)算工具，縮短研發(fā)周期，降低試驗(yàn)成本，提升我國(guó)航空航天的自主創(chuàng)新能力。在能源工程領(lǐng)域，可用于油氣藏模擬、核反應(yīng)堆物理與熱工水力耦合分析、可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能）設(shè)備性能優(yōu)化等，為能源資源的有效勘探開(kāi)發(fā)、清潔高效利用以及能源安全戰(zhàn)略提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。在先進(jìn)材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可用于模擬材料在極端條件下的相變、損傷、擴(kuò)散等微觀過(guò)程及其與宏觀力學(xué)行為的耦合，加速新材料的研發(fā)進(jìn)程，推動(dòng)材料基因組計(jì)劃等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施。此外，本課題開(kāi)發(fā)的高性能計(jì)算軟件工具包和優(yōu)化算法，也可能形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）和軟件產(chǎn)品，為相關(guān)領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)和工程企業(yè)創(chuàng)造直接的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并帶動(dòng)相關(guān)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在社會(huì)價(jià)值層面，本課題的研究成果將提升國(guó)家在復(fù)雜系統(tǒng)模擬與預(yù)測(cè)方面的綜合能力，增強(qiáng)國(guó)家科技自主可控水平，對(duì)維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定具有重要作用。在氣候變化和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，更精確的多物理場(chǎng)耦合模型有助于提升氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為制定有效的環(huán)境保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)策略提供科學(xué)依據(jù)。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，可用于模擬血流動(dòng)力學(xué)與血管壁相互作用、藥物在體內(nèi)的輸運(yùn)與代謝過(guò)程、工程中的細(xì)胞與力學(xué)環(huán)境耦合等，有望為重大疾?。ㄈ缧难芗膊?、癌癥）的早期診斷、精準(zhǔn)治療和新藥研發(fā)提供新的技術(shù)手段。通過(guò)提升我國(guó)在HPC領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，本課題將有助于縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，保障國(guó)家在基礎(chǔ)科學(xué)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面的戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)，為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)力量。同時(shí)，培養(yǎng)一批掌握前沿HPC技術(shù)的復(fù)合型科研人才，也將為我國(guó)科技創(chuàng)新體系的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。

四.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外在多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算領(lǐng)域已開(kāi)展了廣泛而深入的研究，取得了一系列顯著成果，并在數(shù)值方法、求解策略、軟件體系以及應(yīng)用等方面形成了各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。從數(shù)值方法層面看，針對(duì)多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，已經(jīng)發(fā)展出多種先進(jìn)的數(shù)值格式和算法。在流體力學(xué)與固體力學(xué)耦合方面，傳統(tǒng)的有限元-有限法（FEM-FVM）混合方法、罰函數(shù)法以及更先進(jìn)的任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法得到了廣泛應(yīng)用。ALE方法能夠靈活處理大變形和移動(dòng)邊界問(wèn)題，在計(jì)算流固耦合、爆炸沖擊、相變等問(wèn)題中表現(xiàn)出良好性能。近年來(lái)，基于無(wú)網(wǎng)格方法的耦合策略（如SPH、Meshfree方法）因其對(duì)復(fù)雜幾何的適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)而受到關(guān)注。在多相流模擬方面，VOF（VolumeofFluid）、LevelSet、FrontTracking等界面捕捉方法不斷改進(jìn)，能夠較好地處理相間界面?zhèn)鞑?wèn)題，但面對(duì)強(qiáng)變形、多界面交匯等復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)，仍存在數(shù)值穩(wěn)定性、精度保持及計(jì)算效率等問(wèn)題。相場(chǎng)法（PhaseField）作為一種新興的界面描述方法，通過(guò)連續(xù)場(chǎng)變量描述相變，避免了顯式界面追蹤，在處理相變、擴(kuò)散-反應(yīng)耦合等問(wèn)題中展現(xiàn)出潛力。在熱-力耦合方面，熱應(yīng)力分析、熱傳導(dǎo)與流體流動(dòng)耦合等問(wèn)題的數(shù)值模擬方法已相對(duì)成熟，但精確模擬高溫、高熱流密度下的材料非線(xiàn)性行為仍具挑戰(zhàn)。電磁-熱-力等多場(chǎng)耦合問(wèn)題的數(shù)值模擬則更為復(fù)雜，傳統(tǒng)方法在處理強(qiáng)非線(xiàn)性、高頻瞬態(tài)等問(wèn)題時(shí)效率不高。

在求解策略與并行計(jì)算方面，針對(duì)多物理場(chǎng)大尺度耦合問(wèn)題的計(jì)算效率問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者提出了多種并行計(jì)算策略和數(shù)據(jù)分布方案?；谟蚍纸獾姆椒ǎㄈ鏔ETI、重疊域分解、非重疊域分解）通過(guò)將計(jì)算域劃分為多個(gè)子域，在不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上并行處理，是解決大規(guī)模并行計(jì)算瓶頸的有效途徑。近年來(lái)，基于消息傳遞接口（MPI）的并行框架與共享內(nèi)存模型（OpenMP）的混合編程模式得到廣泛應(yīng)用，有效利用了HPC系統(tǒng)中的異構(gòu)計(jì)算資源。在負(fù)載均衡方面，動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡技術(shù)被用于根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)負(fù)載情況調(diào)整任務(wù)分配，以提升整體計(jì)算效率。針對(duì)GPU等加速器的并行計(jì)算，基于CUDA或OpenCL的并行編程模型被用于加速特定的計(jì)算內(nèi)核，如線(xiàn)性代數(shù)運(yùn)算、粒子模擬等，以發(fā)揮GPU的并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有并行策略在處理高度不均勻負(fù)載、復(fù)雜通信模式以及大規(guī)模數(shù)據(jù)遷移等方面仍存在優(yōu)化空間，特別是在異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)CPU與GPU、FPGA等計(jì)算單元的高效協(xié)同，仍是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

在軟件體系結(jié)構(gòu)方面，國(guó)際上已出現(xiàn)一些功能強(qiáng)大的多物理場(chǎng)仿真軟件平臺(tái)，如COMSOLMultiphysics、ANSYSWorkbench、OpenFOAM等。COMSOL和ANSYSWorkbench以其友好的圖形界面和豐富的物理場(chǎng)模塊庫(kù)，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用，特別適合多物理場(chǎng)初步分析和參數(shù)研究。OpenFOAM作為一個(gè)開(kāi)源的計(jì)算流體力學(xué)軟件，以其模塊化設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的自定義能力，吸引了大量研究者參與開(kāi)發(fā)，在特定領(lǐng)域（如流體力學(xué)）具有較強(qiáng)實(shí)力。此外，如MOAB、Hypre、ParMETIS等針對(duì)網(wǎng)格生成、預(yù)處理和并行求解的專(zhuān)用庫(kù)，也為多物理場(chǎng)耦合仿真提供了重要的支撐。國(guó)內(nèi)也在積極發(fā)展自主的多物理場(chǎng)仿真軟件，如CFX、STAR-CCM+等商業(yè)軟件，以及自主研發(fā)的開(kāi)源軟件平臺(tái)，在特定領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。然而，現(xiàn)有軟件在處理大規(guī)模、高精度、高效率的多物理場(chǎng)耦合仿真方面仍存在不足，例如軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的適應(yīng)性有限、多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的算法集成度不高、與異構(gòu)計(jì)算資源的結(jié)合不夠緊密等。同時(shí)，軟件的可擴(kuò)展性和易用性仍有提升空間，特別是在支持快速算法迭代和復(fù)雜模型構(gòu)建方面。

在應(yīng)用方面，多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算已在航空航天、能源、材料、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。例如，在航空航天領(lǐng)域，用于飛行器氣動(dòng)彈性分析、熱結(jié)構(gòu)耦合分析、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)與熱力耦合模擬等；在能源領(lǐng)域，用于油氣藏?cái)?shù)值模擬、核反應(yīng)堆物理與熱工水力耦合分析、地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)模擬等；在材料領(lǐng)域，用于模擬材料在極端條件下的相變、損傷、擴(kuò)散等微觀過(guò)程及其與宏觀力學(xué)行為的耦合；在環(huán)境領(lǐng)域，用于氣候變化模擬、污染物遷移轉(zhuǎn)化模擬等；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于模擬血流動(dòng)力學(xué)與血管壁相互作用、藥物輸運(yùn)與代謝過(guò)程等。這些應(yīng)用極大地推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)認(rèn)知的深化和工程技術(shù)的進(jìn)步。然而，盡管應(yīng)用廣泛，但在許多前沿應(yīng)用中，計(jì)算精度與效率的矛盾依然突出。例如，在極端條件下的材料設(shè)計(jì)研究中，如何精確模擬材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的復(fù)雜耦合關(guān)系，仍是計(jì)算模擬面臨的巨大挑戰(zhàn)。在復(fù)雜流體系統(tǒng)（如強(qiáng)湍流、多相流、復(fù)雜邊界條件）的模擬中，如何實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的并行計(jì)算，仍是限制模擬尺度和應(yīng)用深度的瓶頸。此外，將計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證更緊密地結(jié)合，發(fā)展虛實(shí)融合的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，也是當(dāng)前應(yīng)用研究中的一個(gè)重要方向，但相關(guān)技術(shù)仍不成熟。

綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)外在多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算領(lǐng)域已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，形成了一套相對(duì)成熟的理論方法和技術(shù)路徑。然而，隨著科學(xué)研究和工程需求的不斷深入，現(xiàn)有研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)和空白。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是多物理場(chǎng)耦合模型的理論基礎(chǔ)仍需深化，特別是在處理跨尺度、跨物理過(guò)程的復(fù)雜耦合機(jī)制時(shí)，現(xiàn)有理論的普適性和預(yù)測(cè)能力有待提升。二是高精度、高效率的數(shù)值方法仍需發(fā)展，特別是在界面捕捉、自適應(yīng)網(wǎng)格、高階算法以及非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格處理等方面，需要新的突破以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的物理問(wèn)題。三是大規(guī)模并行計(jì)算和異構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化策略仍需完善，如何設(shè)計(jì)更高效、更穩(wěn)定的并行框架和負(fù)載均衡算法，以充分利用現(xiàn)代HPC系統(tǒng)的計(jì)算能力，是持續(xù)的研究重點(diǎn)。四是多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件平臺(tái)的集成度和易用性有待提高，需要發(fā)展更智能、更自動(dòng)化的建模、求解和后處理技術(shù)，降低應(yīng)用門(mén)檻，提升研發(fā)效率。五是理論方法與工程應(yīng)用的結(jié)合需進(jìn)一步加強(qiáng)，需要針對(duì)具體的科學(xué)和工程問(wèn)題，發(fā)展定制化的計(jì)算策略和仿真工具，推動(dòng)計(jì)算模擬向更深入的科學(xué)洞察和更廣泛的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。這些研究空白和挑戰(zhàn)，為本課題的深入研究提供了重要的方向和機(jī)遇。

五.研究目標(biāo)與內(nèi)容

本研究旨在面向下一代高性能計(jì)算系統(tǒng)的需求，聚焦多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)瓶頸，通過(guò)理論創(chuàng)新、方法突破和系統(tǒng)研發(fā)，顯著提升復(fù)雜工程系統(tǒng)仿真計(jì)算的效率、精度和智能化水平。具體研究目標(biāo)與內(nèi)容如下：

（一）研究目標(biāo)

1.建立一套適用于流體力學(xué)、熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)多物理場(chǎng)耦合的統(tǒng)一、高效數(shù)值求解框架。該框架應(yīng)能夠精確捕捉復(fù)雜幾何拓?fù)渥兓碌奈锢韴?chǎng)相互作用，支持自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化與誤差控制，并具備良好的并行計(jì)算擴(kuò)展性。

2.開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與求解精度的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)匹配。目標(biāo)是將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)深度融合到多物理場(chǎng)仿真流程中，用于智能網(wǎng)格生成與動(dòng)態(tài)調(diào)整、求解參數(shù)自適應(yīng)優(yōu)化、以及不確定性量化與誤差預(yù)測(cè)，從而在保證計(jì)算精度的前提下，最大限度地提升計(jì)算效率。

3.設(shè)計(jì)面向現(xiàn)代異構(gòu)計(jì)算資源（CPU+GPU+FPGA等）的多物理場(chǎng)并行計(jì)算優(yōu)化策略與系統(tǒng)。目標(biāo)是為所提出的數(shù)值求解框架和優(yōu)化算法，量身定制高效的并行實(shí)現(xiàn)方案，充分利用異構(gòu)計(jì)算單元的算力優(yōu)勢(shì)，解決大規(guī)模并行計(jì)算中的負(fù)載均衡、通信優(yōu)化和性能瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)性能的顯著提升。

4.構(gòu)建面向典型應(yīng)用場(chǎng)景的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件原型系統(tǒng)，并進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試與工程應(yīng)用驗(yàn)證。目標(biāo)是基于研究成果開(kāi)發(fā)一套集成化的軟件工具包，在代表性算例上驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和效率，并在航空航天、能源工程等領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題或工程問(wèn)題上進(jìn)行應(yīng)用示范，展示其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（二）研究?jī)?nèi)容

1.多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)研究

*研究問(wèn)題：如何在多物理場(chǎng)耦合仿真過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算域、界面和物理參數(shù)的動(dòng)態(tài)、自動(dòng)適應(yīng)性調(diào)整，以精確捕捉系統(tǒng)演化過(guò)程中的關(guān)鍵特征，并保持求解器的穩(wěn)定性和效率？

*假設(shè)：通過(guò)結(jié)合高階連續(xù)性插值技術(shù)（如Hermite、HDiv）與自適應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如動(dòng)態(tài)樹(shù)、octree），結(jié)合物理場(chǎng)演化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合界面和復(fù)雜幾何拓?fù)渥兓木_、動(dòng)態(tài)追蹤與重構(gòu)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)值格式的穩(wěn)定性和保結(jié)構(gòu)特性。

*具體研究：研究基于后驗(yàn)誤差估計(jì)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)格細(xì)化算法，特別是針對(duì)多物理場(chǎng)耦合界面處的網(wǎng)格加密策略，確保界面精度；研究基于預(yù)測(cè)性算法的耦合關(guān)系動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，自動(dòng)調(diào)整界面條件、源項(xiàng)或材料屬性；探索基于有限體積或有限元方法的高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)，保持物理守恒性和算法穩(wěn)定性。

2.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多物理場(chǎng)自適應(yīng)優(yōu)化算法研究

*研究問(wèn)題：如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)智能地預(yù)測(cè)多物理場(chǎng)仿真中的關(guān)鍵參數(shù)（如后驗(yàn)誤差、最優(yōu)網(wǎng)格密度、最佳求解器參數(shù)），實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與求解精度的在線(xiàn)、動(dòng)態(tài)協(xié)同優(yōu)化？

*假設(shè)：通過(guò)構(gòu)建以計(jì)算成本（CPU時(shí)間、內(nèi)存占用）和計(jì)算精度（與高精度基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的誤差）為目標(biāo)的優(yōu)化模型，結(jié)合物理約束和仿真數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠?qū)W習(xí)并預(yù)測(cè)不同計(jì)算配置下的性能表現(xiàn)，指導(dǎo)自適應(yīng)優(yōu)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)效率與精度平衡的最優(yōu)解。

*具體研究：研究適用于多物理場(chǎng)仿真后處理數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型（如高斯過(guò)程回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)），用于預(yù)測(cè)單元/區(qū)域誤差、網(wǎng)格加密效果、求解器參數(shù)敏感性；開(kāi)發(fā)集成機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)的自適應(yīng)循環(huán)算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格、參數(shù)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)優(yōu)化；研究多目標(biāo)優(yōu)化算法（如NSGA-II），在保證關(guān)鍵物理量精度的前提下，同時(shí)優(yōu)化計(jì)算成本和并行效率等多個(gè)目標(biāo)。

3.面向異構(gòu)計(jì)算的多物理場(chǎng)并行計(jì)算優(yōu)化策略研究

*研究問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)高效的并行計(jì)算策略和數(shù)據(jù)管理機(jī)制，充分利用現(xiàn)代HPC系統(tǒng)中的CPU、GPU、FPGA等異構(gòu)計(jì)算資源，解決大規(guī)模多物理場(chǎng)耦合仿真中的并行效率、可擴(kuò)展性和負(fù)載均衡問(wèn)題？

*假設(shè)：通過(guò)任務(wù)級(jí)并行與數(shù)據(jù)級(jí)并行相結(jié)合，針對(duì)不同計(jì)算內(nèi)核（如線(xiàn)性代數(shù)求解、物理場(chǎng)更新、通信）的特點(diǎn)，在CPU、GPU、FPGA上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的異構(gòu)計(jì)算調(diào)度，結(jié)合優(yōu)化的內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)模式和通信算法，可以顯著提升大規(guī)模仿真的性能和可擴(kuò)展性。

*具體研究：研究基于域分解和插值的高效并行算法，適用于異構(gòu)環(huán)境下的任務(wù)分配與通信優(yōu)化；研究面向GPU計(jì)算的并行算法優(yōu)化，特別是針對(duì)大規(guī)模線(xiàn)性方程組求解、SPH粒子模擬等核心計(jì)算單元的CUDA/OpenCL實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化；研究基于FPGA的特定計(jì)算環(huán)節(jié)（如邊界條件處理、數(shù)據(jù)預(yù)處理）的硬件加速方案；設(shè)計(jì)異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡與任務(wù)遷移機(jī)制；研究?jī)?yōu)化的數(shù)據(jù)局部性與通信模式，減少大規(guī)模并行計(jì)算中的數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷(xiāo)。

4.多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件原型系統(tǒng)構(gòu)建與驗(yàn)證

*研究問(wèn)題：如何將上述提出的動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化算法和異構(gòu)并行策略集成到一個(gè)統(tǒng)一的軟件框架中，形成一套實(shí)用的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件工具包，并在典型算例和工程應(yīng)用中驗(yàn)證其有效性？

*假設(shè)：通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，將核心算法與易用的接口相結(jié)合，可以構(gòu)建一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的軟件平臺(tái)，支持用戶(hù)定制化仿真流程。通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)問(wèn)題和實(shí)際工程問(wèn)題的應(yīng)用驗(yàn)證，可以證明該軟件在提升計(jì)算效率、保證計(jì)算精度以及降低使用復(fù)雜度方面的優(yōu)勢(shì)。

*具體研究：基于現(xiàn)有計(jì)算框架（如OpenFOAM、DOLFIN等）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或構(gòu)建新的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，集成動(dòng)態(tài)網(wǎng)格重構(gòu)模塊、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化模塊和異構(gòu)并行計(jì)算模塊；開(kāi)發(fā)用戶(hù)友好的前后處理界面，支持模型構(gòu)建、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)優(yōu)化控制和結(jié)果可視化；選取典型多物理場(chǎng)耦合算例（如流固耦合、熱-力耦合、多相流等）進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，評(píng)估方法的精度、收斂性和計(jì)算效率；在航空航天（如機(jī)翼氣動(dòng)彈性）、能源工程（如反應(yīng)堆堆芯模擬）等領(lǐng)域的實(shí)際工程問(wèn)題中進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，展示軟件的實(shí)用價(jià)值。

六.研究方法與技術(shù)路線(xiàn)

（一）研究方法

本研究將采用理論分析、數(shù)值模擬、算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、基準(zhǔn)測(cè)試和工程應(yīng)用驗(yàn)證相結(jié)合的綜合研究方法。

1.數(shù)值方法與理論分析：針對(duì)多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)，深入研究高階有限體積（High-OrderFiniteVolume）或高階有限元（High-OrderFiniteElement）方法在復(fù)雜網(wǎng)格下的保結(jié)構(gòu)算法，分析其穩(wěn)定性、收斂性和保物理特性。研究基于后驗(yàn)誤差估計(jì)的理論框架，如基于加權(quán)殘差（WeightedResidual）或Galerkin投影的方法，用于量化不同物理場(chǎng)和耦合項(xiàng)的誤差，指導(dǎo)自適應(yīng)網(wǎng)格和參數(shù)調(diào)整。分析機(jī)器學(xué)習(xí)模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高斯過(guò)程）的學(xué)習(xí)機(jī)理和泛化能力，研究其與物理模型的融合方式（如物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PINN），確保預(yù)測(cè)精度和物理一致性。在異構(gòu)并行計(jì)算方面，研究任務(wù)調(diào)度算法的理論基礎(chǔ)，如工作竊?。╓orkStealing）、預(yù)測(cè)性調(diào)度等，分析不同并行模式（如MPI+OpenMP,CUDA/OpenCL）的性能特征與適用場(chǎng)景。

2.數(shù)值模擬與算法驗(yàn)證：利用專(zhuān)業(yè)的數(shù)值模擬軟件（如COMSOL,OpenFOAM,ANSYSFluent/LS-DYNA等）和自主研發(fā)的基礎(chǔ)代碼，對(duì)所提出的數(shù)值方法、動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)模型和并行策略進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬。設(shè)計(jì)一系列從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的基準(zhǔn)算例，用于驗(yàn)證方法的正確性、穩(wěn)定性和有效性。基準(zhǔn)算例將包括標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試問(wèn)題（如Couette流、Rayleigh-Bénard對(duì)流、固體力/熱力耦合梁等）和具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜幾何與物理場(chǎng)景（如翼型氣動(dòng)彈性、管道內(nèi)多相流、復(fù)合材料熱致應(yīng)力等）。通過(guò)與傳統(tǒng)方法或高精度基準(zhǔn)解進(jìn)行對(duì)比，量化評(píng)估新方法在精度、效率和可擴(kuò)展性方面的提升。

3.機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練與評(píng)估：收集大規(guī)模的仿真數(shù)據(jù)或高精度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于訓(xùn)練和驗(yàn)證機(jī)器學(xué)習(xí)模型。采用數(shù)據(jù)增強(qiáng)、遷移學(xué)習(xí)等方法提升模型的泛化能力。利用交叉驗(yàn)證、留一法等統(tǒng)計(jì)技術(shù)評(píng)估模型的預(yù)測(cè)性能（如均方根誤差RMSE、R2系數(shù)等）。對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的物理可解釋性進(jìn)行研究，分析其內(nèi)部參數(shù)與物理過(guò)程之間的關(guān)系。開(kāi)發(fā)高效的機(jī)器學(xué)習(xí)模型推理代碼，集成到仿真流程中。

4.異構(gòu)計(jì)算性能評(píng)估與優(yōu)化：在真實(shí)的HPC平臺(tái)上（如配備CPU+GPU集群的超級(jí)計(jì)算機(jī)），對(duì)并行程序進(jìn)行性能測(cè)試和調(diào)優(yōu)。使用性能分析工具（如NVIDIANsight,IntelVTune）識(shí)別計(jì)算瓶頸（如CPU串行代碼、GPU內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)不規(guī)律、不充分的計(jì)算并行性）。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)并行算法、內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)模式、數(shù)據(jù)傳輸策略進(jìn)行優(yōu)化。評(píng)估不同異構(gòu)計(jì)算配置（如CPU核數(shù)、GPU數(shù)量與型號(hào)、FPGA資源）下的性能收益和成本效益。

5.軟件原型構(gòu)建與工程應(yīng)用驗(yàn)證：基于模塊化設(shè)計(jì)思想，選擇合適的軟件開(kāi)發(fā)框架和語(yǔ)言（如C++/Fortran,Python），將驗(yàn)證通過(guò)的核心算法集成開(kāi)發(fā)成軟件原型系統(tǒng)。設(shè)計(jì)用戶(hù)友好的圖形界面或命令行接口，提供模型導(dǎo)入/導(dǎo)出、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)優(yōu)化控制、結(jié)果后處理等功能。選擇1-2個(gè)典型的工程應(yīng)用場(chǎng)景（如飛機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)彈性分析、核反應(yīng)堆堆芯熱工水力耦合分析），將軟件原型應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的仿真，與現(xiàn)有商業(yè)軟件或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證軟件的實(shí)用性和有效性。

6.數(shù)據(jù)收集與分析：系統(tǒng)性地收集數(shù)值模擬輸出數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)、性能測(cè)試數(shù)據(jù)、軟件使用日志等。采用統(tǒng)計(jì)分析、可視化技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估算法性能，識(shí)別優(yōu)化方向。建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式和存儲(chǔ)管理方案，確保數(shù)據(jù)的完整性和可復(fù)用性。

（二）技術(shù)路線(xiàn)

本項(xiàng)目的研究將遵循“理論分析-方法設(shè)計(jì)-算法實(shí)現(xiàn)-仿真驗(yàn)證-軟件集成-應(yīng)用示范”的技術(shù)路線(xiàn)，分階段推進(jìn)。

1.第一階段：基礎(chǔ)理論與方法設(shè)計(jì)（第1-12個(gè)月）

*深入分析現(xiàn)有多物理場(chǎng)耦合數(shù)值方法的局限性，特別是針對(duì)動(dòng)態(tài)界面和復(fù)雜幾何的處理能力。

*研究高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法，設(shè)計(jì)適用于流體、固體、熱力耦合的統(tǒng)一框架。

*探索適用于多物理場(chǎng)誤差預(yù)測(cè)和自適應(yīng)優(yōu)化的機(jī)器學(xué)習(xí)模型架構(gòu)和訓(xùn)練策略。

*研究面向核心計(jì)算內(nèi)核（如線(xiàn)性求解、物理更新）的異構(gòu)并行算法設(shè)計(jì)原則。

*完成關(guān)鍵算法的理論分析和初步的數(shù)值驗(yàn)證。

2.第二階段：核心算法開(kāi)發(fā)與初步驗(yàn)證（第13-24個(gè)月）

*實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)的核心算法模塊。

*開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)優(yōu)化算法模塊，并集成到仿真循環(huán)中。

*實(shí)現(xiàn)面向異構(gòu)計(jì)算資源的并行計(jì)算核心模塊。

*在標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)算例上對(duì)各項(xiàng)核心算法進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試和調(diào)優(yōu)，驗(yàn)證其正確性和初步性能。

3.第三階段：系統(tǒng)集成、性能優(yōu)化與應(yīng)用驗(yàn)證（第25-36個(gè)月）

*將各核心算法模塊集成到軟件原型系統(tǒng)中，完成基礎(chǔ)功能開(kāi)發(fā)。

*在真實(shí)的HPC平臺(tái)上進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算測(cè)試，進(jìn)行深度性能分析與優(yōu)化。

*選擇典型工程應(yīng)用場(chǎng)景，將軟件原型應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的仿真。

*對(duì)比分析軟件原型與現(xiàn)有方法的性能、精度和易用性，評(píng)估研究成果的有效性。

4.第四階段：成果總結(jié)與推廣（第37-36個(gè)月）

*完善軟件原型系統(tǒng)的文檔和用戶(hù)手冊(cè)。

*撰寫(xiě)研究論文，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)成果。

*準(zhǔn)備項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告，總結(jié)研究成果、創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

*探索成果的進(jìn)一步推廣應(yīng)用途徑。

七．創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目在多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算領(lǐng)域，擬從理論、方法、技術(shù)與應(yīng)用等多個(gè)層面進(jìn)行創(chuàng)新，旨在突破現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸，提升復(fù)雜工程系統(tǒng)仿真計(jì)算的智能化和高效化水平。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：

（一）多物理場(chǎng)動(dòng)態(tài)耦合界面的高階保結(jié)構(gòu)自適應(yīng)重構(gòu)理論創(chuàng)新

現(xiàn)有研究在處理多物理場(chǎng)耦合界面演化時(shí)，往往采用簡(jiǎn)化假設(shè)或分步迭代策略，難以精確捕捉界面復(fù)雜變形和跨場(chǎng)交互。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于，首次系統(tǒng)地探索將高階有限體積/有限元方法與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如自適應(yīng)樹(shù)形網(wǎng)格）相結(jié)合，構(gòu)建面向多物理場(chǎng)耦合的統(tǒng)一、高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)理論框架。具體創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：

1.**高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法的統(tǒng)一框架：**突破傳統(tǒng)方法在處理流固耦合、熱力耦合等多種耦合類(lèi)型時(shí)的分割式策略，提出基于單一高階數(shù)值格式的動(dòng)態(tài)重構(gòu)框架，能夠自動(dòng)適應(yīng)耦合界面拓?fù)渥兓筒煌锢韴?chǎng)的空間梯度，保證在界面及鄰近區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高精度捕捉，同時(shí)在整個(gè)計(jì)算域保持物理守恒性和算法的保結(jié)構(gòu)特性（如保體積、保通量、能量守恒等）。

2.**物理驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)網(wǎng)格動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制：**結(jié)合多物理場(chǎng)后驗(yàn)誤差估計(jì)理論，設(shè)計(jì)能夠感知物理場(chǎng)內(nèi)部特征（如梯度、曲率、應(yīng)力集中）和界面演化趨勢(shì)的自適應(yīng)網(wǎng)格調(diào)整策略。該策略不僅關(guān)注傳統(tǒng)誤差控制，更能主動(dòng)預(yù)測(cè)界面變化區(qū)域，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的預(yù)分配和動(dòng)態(tài)優(yōu)化，在保證關(guān)鍵區(qū)域精度的同時(shí)，避免不必要的網(wǎng)格過(guò)度加密，提升計(jì)算效率。

3.**跨物理場(chǎng)耦合的動(dòng)態(tài)約束與協(xié)調(diào)機(jī)制：**針對(duì)多物理場(chǎng)耦合中不同物理過(guò)程的時(shí)間尺度和空間特性差異，創(chuàng)新性地提出一種動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)約束機(jī)制。該機(jī)制能夠在網(wǎng)格重構(gòu)和參數(shù)調(diào)整過(guò)程中，自動(dòng)協(xié)調(diào)不同物理場(chǎng)模塊之間的接口數(shù)據(jù)一致性，處理復(fù)雜耦合關(guān)系下的邊界條件和源項(xiàng)更新，保證整個(gè)仿真過(guò)程的穩(wěn)定性和物理一致性。

（二）基于物理信息機(jī)器學(xué)習(xí)的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化方法創(chuàng)新

當(dāng)前多物理場(chǎng)仿真優(yōu)化仍主要依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)或基于代理模型的序列優(yōu)化，效率不高且難以處理高維復(fù)雜參數(shù)空間。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于，將物理信息機(jī)器學(xué)習(xí)（Physics-InformedMachineLearning,PIML）深度融入多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與求解精度的智能化動(dòng)態(tài)匹配。具體創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：

1.**物理約束驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建：**創(chuàng)新性地將多物理場(chǎng)仿真方程作為約束條件嵌入到機(jī)器學(xué)習(xí)模型的損失函數(shù)中（如PINN），使得學(xué)習(xí)到的模型不僅擬合仿真數(shù)據(jù)，同時(shí)滿(mǎn)足底層物理規(guī)律。這有助于提升模型的泛化能力、物理可信度，并降低對(duì)高精度訓(xùn)練數(shù)據(jù)的依賴(lài)。

2.**多目標(biāo)自適應(yīng)優(yōu)化與誤差預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)集成：**設(shè)計(jì)一套基于機(jī)器學(xué)習(xí)的閉環(huán)自適應(yīng)優(yōu)化策略，其中機(jī)器學(xué)習(xí)模型被用于預(yù)測(cè)關(guān)鍵區(qū)域的后驗(yàn)誤差、評(píng)估不同網(wǎng)格密度/求解參數(shù)下的計(jì)算成本與精度，并指導(dǎo)仿真循環(huán)進(jìn)行智能的網(wǎng)格加密/降階、求解器參數(shù)調(diào)整等操作。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)或近最優(yōu)的計(jì)算資源配置，在滿(mǎn)足精度要求的前提下最大化計(jì)算效率。

3.**不確定性量化與多目標(biāo)決策支持：**利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型（如高斯過(guò)程）對(duì)多物理場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行不確定性量化（UncertntyQuantification,UQ），并結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化算法（如NSGA-II），生成一組在精度與效率之間具有帕累托最優(yōu)性的計(jì)算配置方案。為復(fù)雜工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策提供更全面、更可靠的依據(jù)。

（三）面向異構(gòu)計(jì)算的精細(xì)化多物理場(chǎng)并行計(jì)算策略創(chuàng)新

大規(guī)模多物理場(chǎng)耦合仿真對(duì)計(jì)算資源需求巨大，充分利用現(xiàn)代HPC系統(tǒng)的異構(gòu)計(jì)算能力至關(guān)重要。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于，設(shè)計(jì)一套精細(xì)化、自適應(yīng)的異構(gòu)并行計(jì)算策略，解決大規(guī)模并行計(jì)算中的性能瓶頸和可擴(kuò)展性問(wèn)題。具體創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：

1.**基于任務(wù)特性的異構(gòu)計(jì)算任務(wù)劃分與調(diào)度：**深入分析多物理場(chǎng)仿真流程中不同計(jì)算內(nèi)核（如線(xiàn)性代數(shù)求解、物理場(chǎng)更新、網(wǎng)格生成、數(shù)據(jù)通信）的計(jì)算復(fù)雜度、內(nèi)存需求和并行度特征，設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)任務(wù)特性動(dòng)態(tài)分配到CPU、GPU、FPGA等不同計(jì)算單元的智能任務(wù)調(diào)度策略。該策略旨在最大化各計(jì)算單元的利用率，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和全局性能最優(yōu)。

2.**異構(gòu)內(nèi)存架構(gòu)下的數(shù)據(jù)管理優(yōu)化：**針對(duì)HPC系統(tǒng)中的異構(gòu)內(nèi)存架構(gòu)（如CPU的DDR內(nèi)存與GPU的GDDR/HBM內(nèi)存），研究?jī)?yōu)化的數(shù)據(jù)布局、遷移和共享策略。開(kāi)發(fā)高效的內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)模式，減少數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷(xiāo)，提高數(shù)據(jù)局部性，特別是在涉及CPU與GPU之間大規(guī)模數(shù)據(jù)交換的多物理場(chǎng)耦合計(jì)算中。

3.**通信優(yōu)化與負(fù)載感知的動(dòng)態(tài)并行調(diào)整：**針對(duì)多物理場(chǎng)耦合計(jì)算中復(fù)雜的通信模式（如域分解帶來(lái)的跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換），研究基于通信負(fù)載和計(jì)算負(fù)載感知的動(dòng)態(tài)并行調(diào)整機(jī)制。例如，動(dòng)態(tài)調(diào)整并行粒度、采用更高效的通信庫(kù)或協(xié)議、優(yōu)化通信調(diào)度時(shí)機(jī)等，以緩解通信瓶頸對(duì)并行效率的影響，提升大規(guī)模計(jì)算的擴(kuò)展性。

（四）面向典型應(yīng)用的集成化多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件原型創(chuàng)新

現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)軟件在處理高度定制化、集成化的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化方面能力有限。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于，構(gòu)建一個(gè)具有高度集成度和擴(kuò)展性的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件原型系統(tǒng)，并應(yīng)用于典型工程場(chǎng)景，推動(dòng)研究成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。具體創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：

1.**模塊化與可擴(kuò)展的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)：**采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將動(dòng)態(tài)重構(gòu)、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化、異構(gòu)并行計(jì)算等核心算法作為可配置的模塊集成到軟件框架中。這種設(shè)計(jì)使得軟件易于擴(kuò)展新功能、新算法，并能方便地與現(xiàn)有商業(yè)或開(kāi)源軟件進(jìn)行接口對(duì)接。

2.**智能化仿真流程控制與交互界面：**開(kāi)發(fā)友好的用戶(hù)交互界面，支持模型導(dǎo)入、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)優(yōu)化目標(biāo)定義、過(guò)程監(jiān)控和結(jié)果可視化。實(shí)現(xiàn)仿真流程的智能化控制，用戶(hù)可通過(guò)簡(jiǎn)單的配置引導(dǎo)軟件自動(dòng)完成復(fù)雜的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化任務(wù)。

3.**典型工程應(yīng)用驗(yàn)證與示范：**將軟件原型應(yīng)用于航空航天、能源工程等領(lǐng)域的實(shí)際工程問(wèn)題，如飛機(jī)翼型氣動(dòng)彈性實(shí)時(shí)仿真與優(yōu)化、核反應(yīng)堆關(guān)鍵部件熱工水力耦合分析等。通過(guò)工程應(yīng)用驗(yàn)證，不僅檢驗(yàn)軟件的魯棒性和實(shí)用性，也發(fā)現(xiàn)新的挑戰(zhàn)，為后續(xù)軟件的改進(jìn)和推廣提供依據(jù)，形成理論研究與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的良性循環(huán)。

八．預(yù)期成果

本項(xiàng)目的研究將力爭(zhēng)在理論、方法、技術(shù)、軟件和應(yīng)用等多個(gè)層面取得標(biāo)志性成果，為多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展提供新的思路、工具和解決方案。具體預(yù)期成果包括：

（一）理論層面的創(chuàng)新貢獻(xiàn)

1.建立一套系統(tǒng)化的多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)理論框架。預(yù)期提出新的高階保結(jié)構(gòu)數(shù)值格式及其動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法，理論上闡明其在處理復(fù)雜幾何拓?fù)渥兓涂缥锢韴?chǎng)交互時(shí)的穩(wěn)定性、收斂性和保物理特性。為多物理場(chǎng)耦合仿真中界面精確捕捉和網(wǎng)格自適應(yīng)演化提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.發(fā)展基于物理信息機(jī)器學(xué)習(xí)的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化理論。預(yù)期闡明機(jī)器學(xué)習(xí)模型如何有效融入多物理場(chǎng)仿真流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源配置的智能優(yōu)化。理論上分析物理約束對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型泛化能力和物理一致性的影響機(jī)制，探索深度學(xué)習(xí)與多物理場(chǎng)仿真深度融合的新范式。

3.揭示異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下多物理場(chǎng)并行計(jì)算的效率瓶頸與優(yōu)化機(jī)制。預(yù)期通過(guò)理論分析揭示不同計(jì)算單元（CPU、GPU、FPGA）在多物理場(chǎng)計(jì)算中的性能特征和協(xié)同規(guī)律，為設(shè)計(jì)高效的異構(gòu)并行策略提供理論指導(dǎo)。

（二）方法與技術(shù)創(chuàng)新成果

1.形成一套先進(jìn)的多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法。預(yù)期開(kāi)發(fā)出能夠自動(dòng)適應(yīng)復(fù)雜幾何和物理場(chǎng)演化的高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格算法，以及相應(yīng)的自適應(yīng)求解策略，顯著提升對(duì)復(fù)雜耦合問(wèn)題的求解精度和效率。

2.構(gòu)建一套基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多物理場(chǎng)自適應(yīng)優(yōu)化算法體系。預(yù)期開(kāi)發(fā)出集成誤差預(yù)測(cè)、參數(shù)優(yōu)化、網(wǎng)格自適應(yīng)等功能于一體的機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化模塊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與求解精度的在線(xiàn)、動(dòng)態(tài)協(xié)同優(yōu)化，大幅提升仿真效率。

3.設(shè)計(jì)出一套高效的多物理場(chǎng)耦合異構(gòu)并行計(jì)算策略。預(yù)期提出面向核心計(jì)算內(nèi)核和通信模式的異構(gòu)并行算法，以及智能的任務(wù)調(diào)度和負(fù)載均衡機(jī)制，充分利用現(xiàn)代HPC系統(tǒng)的異構(gòu)計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模仿真的性能飛躍。

4.形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化流程與方法論。預(yù)期將所提出的理論、方法和算法整合成一個(gè)系統(tǒng)化的技術(shù)流程，為解決復(fù)雜工程系統(tǒng)的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題提供一套可復(fù)制、可推廣的技術(shù)方案。

（三）軟件原型系統(tǒng)與工程應(yīng)用成果

1.開(kāi)發(fā)一套集成化的多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化軟件原型系統(tǒng)。預(yù)期完成一個(gè)具有圖形用戶(hù)界面或命令行接口的軟件工具包，集成動(dòng)態(tài)重構(gòu)、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化、異構(gòu)并行計(jì)算等核心功能模塊，提供易于使用的接口，降低應(yīng)用門(mén)檻。

2.在典型算例和工程問(wèn)題中驗(yàn)證軟件的有效性。預(yù)期在一系列標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)問(wèn)題和選定的實(shí)際工程問(wèn)題（如航空航天、能源工程領(lǐng)域）上應(yīng)用軟件原型，通過(guò)與傳統(tǒng)方法或高精度結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證軟件在計(jì)算效率、求解精度、可擴(kuò)展性等方面的優(yōu)勢(shì)，證明其實(shí)用價(jià)值。

3.形成軟件著作權(quán)和專(zhuān)利。預(yù)期基于研發(fā)成果申請(qǐng)相關(guān)的軟件著作權(quán)和發(fā)明專(zhuān)利，保護(hù)核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為成果的后續(xù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（四）人才培養(yǎng)與知識(shí)傳播成果

1.培養(yǎng)一批掌握多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算前沿技術(shù)的復(fù)合型人才。預(yù)期通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，培養(yǎng)博士、碩士研究生，使其深入掌握相關(guān)理論、方法和工具，成為該領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。

2.發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文和出版專(zhuān)著。預(yù)期發(fā)表一系列反映研究核心成果的高水平學(xué)術(shù)論文（包括SCI/EI收錄期刊和會(huì)議），并爭(zhēng)取出版相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)著或技術(shù)報(bào)告，擴(kuò)大學(xué)術(shù)影響，傳播研究成果。

3.促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與技術(shù)推廣。預(yù)期通過(guò)參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議、舉辦技術(shù)講座等方式，與國(guó)內(nèi)外同行進(jìn)行深入交流，分享研究成果，并探索與相關(guān)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)的合作，推動(dòng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與推廣。

綜上，本項(xiàng)目預(yù)期成果豐富，既有重要的理論創(chuàng)新，也有先進(jìn)的方法技術(shù)突破，更有實(shí)用的軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用示范，將顯著提升我國(guó)在多物理場(chǎng)耦合高性能計(jì)算領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為相關(guān)科學(xué)研究和工程實(shí)踐提供強(qiáng)有力的支撐。

九.項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃

（一）項(xiàng)目時(shí)間規(guī)劃

本項(xiàng)目計(jì)劃總執(zhí)行周期為三年（36個(gè)月），分為四個(gè)階段，每個(gè)階段設(shè)置明確的任務(wù)目標(biāo)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

1.第一階段：基礎(chǔ)理論與方法設(shè)計(jì)（第1-12個(gè)月）

***任務(wù)分配：**組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，明確分工；深入開(kāi)展文獻(xiàn)調(diào)研，梳理國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與空白；完成多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)的高階保結(jié)構(gòu)算法理論研究與初步設(shè)計(jì)；完成機(jī)器學(xué)習(xí)模型架構(gòu)與訓(xùn)練策略的初步探索；完成異構(gòu)并行計(jì)算策略的理論分析框架搭建。負(fù)責(zé)人：申請(qǐng)人，核心成員A，核心成員B。

***進(jìn)度安排：**第1-3月：團(tuán)隊(duì)組建與文獻(xiàn)調(diào)研，完成調(diào)研報(bào)告；第4-6月：高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法理論設(shè)計(jì)；第7-9月：機(jī)器學(xué)習(xí)模型架構(gòu)與訓(xùn)練策略研究；第10-12月：異構(gòu)并行計(jì)算策略分析，完成第一階段理論總結(jié)與初步算法設(shè)計(jì)報(bào)告。

2.第二階段：核心算法開(kāi)發(fā)與初步驗(yàn)證（第13-24個(gè)月）

***任務(wù)分配：**實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)重構(gòu)的核心算法模塊（代碼框架）；開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)優(yōu)化算法模塊并集成到仿真循環(huán)中；實(shí)現(xiàn)面向異構(gòu)計(jì)算資源的并行計(jì)算核心模塊；在標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)算例（如Couette流、Rayleigh-Bénard對(duì)流、簡(jiǎn)單流固耦合）上進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試和算法調(diào)優(yōu)。負(fù)責(zé)人：核心成員A，核心成員C，核心成員D。

***進(jìn)度安排：**第13-15月：動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法模塊代碼實(shí)現(xiàn)；第16-18月：機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化模塊開(kāi)發(fā)與集成；第19-21月：異構(gòu)并行計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)；第22-24月：在基準(zhǔn)算例上進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試、性能評(píng)估與初步調(diào)優(yōu)，完成第二階段技術(shù)報(bào)告。

3.第三階段：系統(tǒng)集成、性能優(yōu)化與應(yīng)用驗(yàn)證（第25-36個(gè)月）

***任務(wù)分配：**將各核心算法模塊集成到軟件原型系統(tǒng)中，完成基礎(chǔ)功能開(kāi)發(fā)；在真實(shí)的HPC平臺(tái)上進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算測(cè)試，進(jìn)行深度性能分析與優(yōu)化；選擇典型工程應(yīng)用場(chǎng)景（如飛機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)彈性分析），將軟件原型應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的仿真；對(duì)比分析軟件原型與現(xiàn)有方法的性能、精度和易用性。負(fù)責(zé)人：申請(qǐng)人，核心成員B，核心成員D，合作單位E研究人員。

***進(jìn)度安排：**第25-27月：軟件原型系統(tǒng)集成與基礎(chǔ)功能測(cè)試；第28-30月：HPC平臺(tái)性能測(cè)試與優(yōu)化；第31-33月：工程應(yīng)用場(chǎng)景驗(yàn)證與仿真分析；第34-36月：完成軟件原型系統(tǒng)完善、項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告撰寫(xiě)與成果整理。

4.第四階段：成果總結(jié)與推廣（第37-36個(gè)月，此處調(diào)整為第37-42個(gè)月，共6個(gè)月）

***任務(wù)分配：**完善軟件原型系統(tǒng)的文檔和用戶(hù)手冊(cè)；撰寫(xiě)研究論文，準(zhǔn)備投稿；整理項(xiàng)目結(jié)題材料，進(jìn)行成果驗(yàn)收；探索成果的進(jìn)一步推廣應(yīng)用途徑。負(fù)責(zé)人：申請(qǐng)人，全體項(xiàng)目成員。

***進(jìn)度安排：**第37-38月：軟件文檔完善與最終測(cè)試；第39月：完成項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告；第40月：部分研究論文定稿與投稿；第41-42月：進(jìn)行項(xiàng)目成果匯報(bào)，準(zhǔn)備結(jié)題驗(yàn)收，整理發(fā)表論文與專(zhuān)利申請(qǐng)材料。

（二）風(fēng)險(xiǎn)管理策略

1.**理論方法風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)策略：**

***風(fēng)險(xiǎn)描述：**高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法在復(fù)雜耦合條件下的穩(wěn)定性和收斂性可能無(wú)法完全保證；機(jī)器學(xué)習(xí)模型與物理約束的結(jié)合可能影響其泛化能力和訓(xùn)練效率。

***應(yīng)對(duì)策略：**加強(qiáng)理論推導(dǎo)與數(shù)值實(shí)驗(yàn)的相互驗(yàn)證，通過(guò)引入能量守恒、散度守恒等穩(wěn)定化技術(shù)確保算法的魯棒性；采用多目標(biāo)優(yōu)化算法平衡精度與復(fù)雜度，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行正則化處理和物理約束強(qiáng)加，并通過(guò)交叉驗(yàn)證評(píng)估泛化能力；預(yù)留時(shí)間進(jìn)行理論模型的修正和完善。

2.**技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)策略：**

***風(fēng)險(xiǎn)描述：**異構(gòu)并行編程難度大，CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)傳輸可能成為性能瓶頸；軟件集成過(guò)程中可能出現(xiàn)模塊兼容性問(wèn)題。

***應(yīng)對(duì)策略：**采用成熟的異構(gòu)計(jì)算框架（如HIP,SYCL）和性能分析工具，進(jìn)行細(xì)致的代碼優(yōu)化和內(nèi)存管理；采用模塊化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)接口規(guī)范，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行充分的單元測(cè)試和集成測(cè)試；選擇具有豐富并行編程經(jīng)驗(yàn)的工程師負(fù)責(zé)核心模塊開(kāi)發(fā)。

3.**資源與進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)策略：**

***風(fēng)險(xiǎn)描述：**項(xiàng)目所需的高性能計(jì)算資源申請(qǐng)可能未獲批準(zhǔn)或資源使用受限；研究進(jìn)度可能因關(guān)鍵技術(shù)突破困難而滯后。

***應(yīng)對(duì)策略：**提前規(guī)劃HPC資源需求，制定備選方案（如聯(lián)合計(jì)算中心申請(qǐng)資源）；建立動(dòng)態(tài)的進(jìn)度跟蹤機(jī)制，定期評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)調(diào)整計(jì)劃；加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通，確保信息暢通。

4.**應(yīng)用驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)策略：**

***風(fēng)險(xiǎn)描述：**工程應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性可能導(dǎo)致軟件原型難以滿(mǎn)足實(shí)際需求；驗(yàn)證結(jié)果可能因?qū)嶒?yàn)條件限制而無(wú)法充分說(shuō)明問(wèn)題。

***應(yīng)對(duì)策略：**選擇具有代表性的工程問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證，與合作單位共同制定詳細(xì)的驗(yàn)證方案；準(zhǔn)備高精度基準(zhǔn)解或進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保驗(yàn)證結(jié)果的可靠性；根據(jù)驗(yàn)證反饋及時(shí)調(diào)整軟件功能和性能指標(biāo)。

5.**團(tuán)隊(duì)協(xié)作風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)策略：**

***風(fēng)險(xiǎn)描述：**團(tuán)隊(duì)成員背景不同可能導(dǎo)致溝通障礙；跨學(xué)科研究可能存在知識(shí)壁壘。

***應(yīng)對(duì)策略：**建立定期的團(tuán)隊(duì)例會(huì)制度，明確溝通渠道和協(xié)作流程；跨學(xué)科技術(shù)培訓(xùn)和交流，提升團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作能力；引入外部專(zhuān)家提供咨詢(xún)指導(dǎo)，促進(jìn)知識(shí)共享和技術(shù)融合。

十.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由來(lái)自國(guó)家高性能計(jì)算研究所、頂尖高校及合作研究機(jī)構(gòu)的核心研究人員組成，涵蓋了計(jì)算數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、固體力學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、并行計(jì)算和軟件工程等多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家，形成了學(xué)科交叉、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的研究梯隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員均具有十年以上的相關(guān)領(lǐng)域研究經(jīng)驗(yàn)，并在多物理場(chǎng)耦合仿真、高性能計(jì)算算法設(shè)計(jì)、數(shù)值方法開(kāi)發(fā)以及工程應(yīng)用等方面取得了顯著成果。

1.**團(tuán)隊(duì)專(zhuān)業(yè)背景與研究經(jīng)驗(yàn)**

申請(qǐng)人張明，博士，國(guó)家高性能計(jì)算研究所研究員，長(zhǎng)期從事計(jì)算流體力學(xué)與多物理場(chǎng)耦合仿真研究，主持完成多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，在流固耦合、熱力耦合數(shù)值方法及高性能計(jì)算并行策略方面具有深厚造詣，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文30余篇，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)。

核心成員A，教授，某重點(diǎn)大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)博士生導(dǎo)師，在保結(jié)構(gòu)數(shù)值方法與自適應(yīng)計(jì)算領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)，開(kāi)發(fā)了多種高精度計(jì)算格式，并應(yīng)用于航空航天工程復(fù)雜問(wèn)題仿真，研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊。

核心成員B，副教授，某知名高校計(jì)算力學(xué)專(zhuān)業(yè)，專(zhuān)注于多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題的理論建模與數(shù)值模擬，在熱-力耦合、電磁-熱-力耦合等方面有深入研究，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)。

核心成員C，高級(jí)工程師，某超算中心并行計(jì)算專(zhuān)家，擁有豐富的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)與并行編程經(jīng)驗(yàn)，主導(dǎo)完成多項(xiàng)大型科學(xué)工程計(jì)算的并行化項(xiàng)目，精通CUDA、MPI、OpenMP等并行編程模型，發(fā)表并行計(jì)算領(lǐng)域高水平論文20余篇。

核心成員D，博士，機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜?，在物理信息神?jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化方法等方面有深入研究，開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)優(yōu)化算法，成果應(yīng)用于材料設(shè)計(jì)、能源優(yōu)化等領(lǐng)域。

合作單位E研究員，某航空航天研究所資深專(zhuān)家，在氣動(dòng)彈性、結(jié)構(gòu)力學(xué)與熱力耦合分析方面有豐富工程經(jīng)驗(yàn)，為項(xiàng)目提供典型工程應(yīng)用場(chǎng)景支持。團(tuán)隊(duì)成員均具有博士學(xué)位，熟悉多物理場(chǎng)耦合仿真方法與工程應(yīng)用需求，具備解決復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題的能力。

2.**團(tuán)隊(duì)成員的角色分配與合作模式**

項(xiàng)目實(shí)行“總-分-合”的協(xié)同研究模式，申請(qǐng)人作為項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)研究工作，制定總體技術(shù)路線(xiàn)和進(jìn)度計(jì)劃，并負(fù)責(zé)核心算法的理論指導(dǎo)和系統(tǒng)集成。核心成員分別負(fù)責(zé)各自專(zhuān)業(yè)方向的技術(shù)攻關(guān)，包括高階保結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化算法、異構(gòu)并行計(jì)算策略等，并指導(dǎo)博士、碩士研究生開(kāi)展具