在國家超級計算廣州中心(以下簡稱“超算中心”)四樓的小會議室，超算中心工程師張曦揮動激光筆，正在講解一艘載重量為40000噸的化學品運輸船船型的模擬計算結果。投影屏幕上顯示著化學品運輸船的3D模型，以及它在不同條件下的受力情況分析，包括壓力、速度的變化等。頁面切換，張曦還介紹了使用不同軟件對船型進行模擬計算的異同和優劣。
這是廣船國際有限公司(以下簡稱“廣船國際”)交給超算中心計算的第一個船型，廣船國際副總工程師陳灝和他帶領的技術團隊在一旁觀看，時不時和張曦以及超算中心主任袁學鋒交換意見。
普通人關心的是“天河二號”亮眼的每秒運算速度，對于老牌船廠來說，每日面對國際船舶業的競爭，能夠縮短產品研發周期、加快上市速度是企業在激烈競爭中獲勝的不二法門。
對于“天河二號”來說，這是它最擅長的事。目前，“天河二號”已為676位來自世界各地的客戶服務，其中有近1/3的客戶來自廣東。它正在成為珠三角產業升級的“發動機”和“倍增器”。 南方日報記者 黃祖健 陳思勤
1.“算”出性價比最高的船型
“天河二號”的“全數字設計與制造應用服務平臺”基于模擬仿真的數字化技術，可以有效預測產品在真實世界的性能，優化產品設計制造，縮短產品研發周期，實現投資的最大價值
這艘載重量為40000噸的化學品運輸船全長為183米，寬度為31米，吃水9.5米，是今年廣船國際的主打產品之一。
陳灝告訴記者，船的經濟性是最重要的指標，也是船廠的核心競爭力。生產一艘船，想在市場上賣得出去，經濟性就一定要夠好。起碼要勝過韓國、日本的船廠。“一艘受市場歡迎的船舶，是通過船的水動力性能來體現。也就是說，要通過優化船型設計，讓船舶載重量最高，而且在航行時，阻力更小，穩定性更強，耗能更低，用得更久。”
廣船國際希望能夠通過超算模擬不同船型在水中的航行數據，獲取和對比各項參數，以確定最優的船型進行生產。陳灝介紹，越靠近船體的空間范圍，模擬計算的精度要求越高。“船的運行并不是靜態的，就算外界環境靜止，螺旋槳周圍也會形成渦流，對船身也會造成影響。加上流動的水和空氣，運算量就更大了。”陳灝說。
廣船國際將船型的基本數據提交到超算中心之后，張曦運用自己的專業知識對船型進行重新建模，導入到系統中就可以開始運算了。他告訴記者，通過微調船型各項參數，計算其受力的變化情況，可以確定最優方案。
在用超算模擬船型受力時，會將船身周圍的環境切分為單元網格來模擬，切分的網格越密集，運算量就越大。在聽取張曦講解時，陳灝提到，上百萬的網格就已經讓普通電腦卡機了。
然而袁學鋒一句話就打消了陳灝的顧慮：“幾百萬不算什么，就算是上千萬都沒問題。這臺超算可是有幾萬萬億次每秒的計算能力！”“天河二號”的浮點運算速度為每秒33.86千萬億次，全球第一。
其實，廣船國際之前在上海和荷蘭都做過超算模擬。荷蘭的機構專門從事船體優化，有多年專業經驗，算法成熟，但是其超算的性能并不算強。“和‘天河二號’相比，可能就像一個小孩子和拳擊手的對決。”陳灝說。
“如果是傳統的方法，就需要根據不同的船型來做不同的實驗，周期很長，成本也很高。用超算來模擬的話，一次可以模擬多種船型的受力情況，比如，10個船型只要1—2個小時就能得出結果了。”張曦說。
袁學鋒認為，目前世界上醞釀著第三次產業革命，其核心內容就是如何把信息技術的大數據向制造業、實體經濟輻射。所以如何利用大數據將信息技術轉化為生產力，是超算中心在應用方面的核心內容，這也是衡量一個國家創新型經濟競爭能力的核心內容。
據介紹，“天河二號”擁有六大服務平臺，其中一個是“裝備的全數字設計與制造應用服務平臺”。“該平臺基于模擬仿真的數字化技術可以有效預測產品在真實世界的性能，優化產品設計制造，縮短產品研發周期，實現投資的最大價值。”袁學鋒表示。
2.“解”出船舶制造業的難題
一些環境影響要用計算機進行模擬，對于軟、硬件都有很高的要求。然而，普通計算機無法勝任的工作，超算的強悍性能可以保證任務完成
一般來說，船舶在獲得試航資格之前，工程師會對其進行1—2年的研究，進行設計優化。優化好了之后，要進行下水試驗以確定其性能合格。在試驗過程中，工程師還會不斷優化船舶的制造工藝。
在這樣漫長繁復的生產制造過程中，造船行業有很多困擾。陳灝坦言，目前設計理論已經很成熟，但是一般的計算設備性能不足，很多問題都解決不了。比如調整設計時出現的一些隨機現象，發生的詳細原因就很難解釋。“以前做試驗，發現螺旋槳轉速不穩定，我們知道是船型有問題，但是具體問題產生在哪個位置，就不知道了”。
過去通過反復的試驗，技術人員能夠對一些現象作出比較籠統的解答。但隨著市場對產品質量要求的提高，一點點瑕疵都會導致競爭上的失敗。
“以前技術水平低，保證船舶在靜水中能夠良好運行就夠了。但實際上，大海茫茫，無風三尺浪，在波浪沖擊的條件下船的運行狀況會如何，是一個很復雜的問題。”陳灝告訴記者，自然界中的波浪在試驗室里很難模擬，隨機性太強，很難通過試驗來完全驗證。
以極地運輸船為例，陳灝表示，輪船在前往極地的過程中并不是簡單地從水里過或者把冰破開。破冰的時候，冰由于形成的過程不同，物理屬性也不太一樣，對船體會有不同的影響。這些環境影響要用計算機進行模擬，對于軟、硬件都有很高的要求。然而，普通計算機無法勝任的工作，超算的強悍性能可以保證任務完成。
“廣船國際希望借助超算這樣的先進技術手段，從更小的細節上尋找問題，優化每一個小的細節，來提升輪船的經濟性。”陳灝透露。
袁學鋒透露，超算中心計劃通過廣船國際的案例，吸引上海交大、浙大等合作單位的技術人才，讓更多人一起使用超算平臺。在他看來，通過互聯網的協同設計和協同科研，能夠更好地發揮超算平臺的作用。
3.“轉”出市場先機
訂單多也有煩惱。要按傳統設計、生產方法，時間非常緊迫。但現在超算可以幫助加快設計試驗階段的進度，搶占時間，就是搶占市場先機
在剛剛過去的2015年，廣船國際與瑞典STENA公司簽署的3+2艘5萬噸化學品/成品油船后續建造合同生效，與TORM公司成功簽署4+4+2艘油船訂單、與南京油運公司簽署的2艘5萬噸選擇船合同生效……臨近年末，這一系列的訂單生效，為廣船國際的船舶經營工作畫上了一個完美的句號。據統計，截至2015年12月9日，廣船國際手持民船及海工產品訂單66艘、約680萬載重噸，超額完成全年經營任務。
陳灝告訴記者，去年很多船廠都因為訂單量不足而破產，還有很多船廠出現了訂單下滑的情況，但廣船國際仍能交出一份令人滿意的成績單。據了解，目前廣船手握訂單70多艘，其中油輪超過50艘，訂單已經排到2018年上半年。
“訂單多也有煩惱。要按傳統設計、生產方法，時間非常緊迫。但現在超算可以幫助我們加快設計試驗階段的進度，搶占時間，就是搶占市場先機。”陳灝透露，聽說廣汽研究院在超級計算機的幫助下，某個原來需要兩至三年的新車型設計，縮短到5個月完成，并可模擬實現優化設計、防撞性能測試等，大大節約了成本。
會議結束之后，張曦還要和廣船國際的工程師獲取更新的數據，修正計算結果。
雖然這只是雙方第一次正式的技術交流會，但其實在接到廣船國際這個項目后，張曦和廣船國際的工程師頻繁互動，隨時溝通工作進展。“可以說是大家一起算出來的一個船型。”廣船國際海工技術部研發室高級工程師汪建華告訴記者。
以“天河二號”的性能，同時計算10個船型，只需要1小時左右。但其實，或許還能更快。袁學鋒告訴記者，目前“天河二號”還處在建設期和研制階段，有一部分在提供服務，有一部分還在建設和調整。“‘天河二號’當前開發可用的資源有70%左右，未來還有無限的空間。”
