實驗室的宗旨從(cong) 成立之初就一直沒有改變，即從(cong) 實際問題出發，注重計算方法的構造和分析，讓科學計算服務於(yu) 應用需求。

科學與(yu) 工程計算國家重點實驗室正以解決(jue) 經濟發展、社會(hui) 進步和國家安全密切相關(guan) 的科學計算問題為(wei) 目標，凝練新的數學模型、發展新的計算方法，在推動科學計算基礎研究的同時，將基礎理論研究的優(you) 勢落實到促進國家發展的實際應用中。

在中國科學院數學與(yu) 係統科學研究院（以下簡稱數科院）科學與(yu) 工程計算國家重點實驗室（以下簡稱實驗室）科研樓進門處，矗立著一尊人物雕像，這正是中國科學院院士馮(feng) 康的雕像，他是該實驗室的創始人。

馮(feng) 康是我國老一輩傑出數學家，該實驗室是在他的倡導、籌備和組織下創建的，第一任主任是中國科學院院士袁亞(ya) 湘。

“今天，實驗室正以解決(jue) 經濟發展、社會(hui) 進步和國家安全密切相關(guan) 的科學計算問題為(wei) 目標，凝練新的數學模型、發展新的計算方法，在推動科學計算的基礎研究的同時，將基礎理論研究的優(you) 勢落實到促進國家發展的實際應用中。”現任科學與(yu) 工程計算國家重點實驗室主任陳誌明告訴《中國科學報》記者。

從(cong) 實際問題出發

這所實驗室籌建於(yu) 上世紀90年代初期。當時，國際學術界正在推動一場從(cong) 計算數學向科學計算的變革，這對中國產(chan) 生的影響則是誕生了科學與(yu) 工程計算國家重點實驗室。

陳誌明表示，實驗室的宗旨從(cong) 成立之初就一直沒有改變，即從(cong) 實際問題出發，注重計算方法的構造和分析，讓科學計算服務於(yu) 應用需求。

比如，實驗室辛幾何算法課題組在馮(feng) 康率領下，係統地提出了哈密爾頓係統辛幾何算法，解決(jue) 了一係列理論和數值計算問題，獲得遠優(you) 於(yu) 已有方法的計算效果。該課題組主要成果包括：提出辛幾何算法；發展了生成函數理論；在此基礎上構造各種任意階精度的辛格式，研究其對稱性和守恒律；把辛算法思路推廣到更一般的動力係統，構造了切觸格式、保體(ti) 積格式、多辛格式等，形成了一套利用組合格式達到高精度的保結構法。

辛幾何算法課題組的研究工作以其特有創新性、係統性、廣泛性、理論完整性和成果豐(feng) 富多彩性受到國際知名學者的高度評價(jia) ，並且帶動國際上一係列相關(guan) 研究，已在天體(ti) 力學、分子動力學等眾(zhong) 多領域研究中得到成功應用。

多元化合作通道

“雖然研究領域是數學，但我們(men) 也希望可與(yu) 其他領域專(zhuan) 家進行交流。”陳誌明說，“數學應用麵非常廣泛，尤其是科學計算，在材料設計、集成電路、航空航天和數據通信等眾(zhong) 多的生產(chan) 領域都有應用。多與(yu) 這些領域的專(zhuan) 家交流，有助於(yu) 我們(men) 提升解決(jue) 問題的能力。”

PHG（Parallel Hierarchical Grid）是實驗室正在發展的專(zhuan) 門為(wei) 三維自適應有限元計算所設計的並行程序開發平台，其核心是分布式的層次網格結構。

目前，PHG處理的網格對象是三維四麵體(ti) 協調網格。PHG采用C語言開發，基於(yu) MPI消息傳(chuan) 遞通信實現並行。基於(yu) PHG完成的並行自適應有限元應用程序在國產(chan) 高性能並行計算機上，最大並行規模達到數萬(wan) 個(ge) 處理器核，最大網格規模超過十億(yi) 個(ge) 計算單元。

PHG平台使科研人員可在並行計算環境下方便地使用自適應有限元方法，提升計算效率的同時，顯著地縮短了設計算法周期。在集成電路參數提取的有限元自適應計算中，基於(yu) PHG開發的並行程序已高效處理20億(yi) 個(ge) 自由度的係統。

“我們(men) 要用數學語言建模，通過模型在實際應用中的計算結果判斷其是否滿足實際需求，並通過評價(jia) 結果改進算法、軟件和模型。”陳誌明說，“建模過程很複雜，但與(yu) 其他領域的結合隻是我們(men) 工作的開端。每個(ge) 數學模型背後都應對應一個(ge) ，甚至一係列重要的科學計算問題。”

陳誌明介紹，實驗室42名科研人員裏，超過一半從(cong) 事與(yu) 應用問題有關(guan) 的研究，如複合材料、熱核聚變、石油勘探、集成電路及生物計算等，實驗室先後與(yu) 複旦大學、哈爾濱工業(ye) 大學、同濟大學、北京市交通委員會(hui) 開展交流合作。

“很多問題需要數學方法來解決(jue) ，但我們(men) 隻清楚數學的內(nei) 容，落實到應用層麵還需要尋求外界幫助。”陳誌明希望自己與(yu) 團隊在未來一同解決(jue) 更多實際應用問題。

等待，十年磨一劍

實驗室曾承擔多項重大基礎性科學計算研究項目，比如上世紀90年代的兩(liang) 期“攀登計劃”項目“大規模科學與(yu) 工程計算的方法和理論”（1991～2000年），以及本世紀的3期“973”計劃項目“大規模科學計算研究”（1999～2004年）、“高性能科學計算研究”（2005～2010年）和“適應於(yu) 千萬(wan) 億(yi) 次科學計算的新型計算模式”（2010～2015年）的持續支持。

在國家持續支持下，科研人員在計算方法基礎研究方麵取得了一係列重要成果。在2006~2009年，實驗室有三項成果連續獲國家自然科學獎二等獎，其中包括袁亞(ya) 湘和戴彧虹的非線性優(you) 化的計算方法和理論，餘(yu) 德浩等的人工邊界方法與(yu) 偏微分方程數值解，以及陳誌明的非線性偏微分方程的自適應與(yu) 多尺度計算方法。

近年來，實驗室正在逐步轉向重大的前沿性、多學科交叉的科學計算領域。“張晨鬆博士參與(yu) 中海油油藏模擬軟件開發項目，通過計算方法的進步使得計算軟件效率明顯提升，計算速度為(wei) 常用商業(ye) 模擬器Schlumberger的Ecl2009的兩(liang) 倍多。其受到中海油研究總院的充分肯定。”陳誌明強調，他們(men) 在此類合作中關(guan) 注的不僅(jin) 僅(jin) 是理論成果，更關(guan) 注實際效果的發揮。

陳誌明希望實驗室在某一個(ge) 或幾個(ge) 研究領域能保持國際領先，並且具有不可替代性。“雖然我們(men) 從(cong) 事的是基礎研究，但最終我們(men) 的工作將體(ti) 現到國家核心競爭(zheng) 力當中。既然是科學計算領域唯一的國家重點實驗室，我們(men) 需要拿出國內(nei) 其他同行專(zhuan) 家難以實現的研究成果，並在國際上能占有一席之地。”他說。

成績是由其他人評價(jia) 的，成果則可以通過實際應用來證實。

陳誌明坦言：“最高水平的工作是我們(men) 努力的目標，隻要我們(men) 敢於(yu) 走出自己的圈子，尋求與(yu) 應用問題結合，通過持續不斷的努力，總有證明自己的那一天。”

2001年，陳誌明從(cong) 美國訪問回國，決(jue) 定要做電磁場自適應有限元計算。從(cong) 瑞士學者的電磁場多重網格算法受到啟發，他認為(wei) 自己的團隊可以實現這樣的計算。於(yu) 是，他和實驗室副主任、並行計算領域專(zhuan) 家張林波商量，確定可行。

雖然當時科研進展受到條件限製，但通過借鑒國外的軟件方法和技術，他們(men) 最終以兩(liang) 篇論文的形式發表了電磁場自適應計算方法成果，該項工作被國外學者認為(wei) 是“擬穩態電磁場時空自適應計算的第一個(ge) 工作”，並且“從(cong) 實用觀點看，離散誤差的自動控製相當有吸引力”。

這些工作為(wei) 後來的三維並行自適應有限元軟件平台PHG的研究提供了參考依據。從(cong) 最初決(jue) 定做，到成果發表，經曆了7年時間。

他們(men) 並不滿足於(yu) 文章的發表，在PHG平台基礎上，實驗室的鄭偉(wei) 英博士最近和保定天威集團合作，將電磁場自適應有限元方法的成果應用到變壓器電磁渦流損耗的計算模擬中。

實際上，科研人員和天威集團專(zhuan) 家的討論交流10年前就開始了。付出10年的努力，陳誌明認為(wei) ：“10年能出來一個(ge) 讓人比較滿意的成果，我們(men) 很欣慰。如果下一個(ge) 成果還需要10年，我們(men) 還會(hui) 繼續努力。”

《中國科學報》 (2013-07-23 第8版 平台)