2024 ASC世界大学生超算竞赛(ASC24)已进入预赛的比拼,全球300多支高校队伍正在挑战一道实际工程计算难题——渗流数值模拟软件OpenCAEPoro的并行计算优化,研究多相流体在多孔介质中的复杂流动规律与特征,以创新智慧推动人类对深地能源资源高效开采和深地空间安全开发利用。

渗流力学广泛应用于环境保护、地震预报、生物医疗等领域的科学研究,以及防止治理地面沉降或海水入侵、兴建大型水利水电工程、农林工程、冻土工程等工程技术中。渗流数值模拟研究渗流理论中最困难的多相流体渗流问题,已经成为推动渗流力学理论进一步发展的关键学科之一。精细的渗流数值模拟在很多工业应用中都非常重要,但对算力的需求非常大。例如在油气开发中,油田网络在水平方向上的分辨率基本上是十米至百米的量级,网格划分非常粗,要想精细化描述油藏特征,就会大幅增加计算量。此外,在二氧化碳的驱油与埋存应用中,工程师需要多次进行大规模计算,反复调整地下的岩石、流体特征,以及生产方案,才能使注入的二氧化碳更多地埋藏在地下的同时开采出更多的油气资源,这一过程也需要依赖大量的计算资源。

为了引导大学生认识渗流力学的巨大应用价值,破解渗流数值模拟的算力挑战,ASC24超算竞赛设置了渗流数值模拟赛题。要求各参赛队伍根据组委会提供的数据集,模拟石油开采场景中油、气、水等多相流体的渗流情况,并优化大规模并行计算过程,提升离散算法的计算性能和并行效率。该赛题的难点在于,一是运算结果对浮点精度有一定要求,参赛队伍在采用向量化或GPU并行等方法提升应用计算性能时,需要平衡性能优化和精度损失影响;二是赛题没有选择数值模拟中常见的代数方程组求解或者是矩阵运算优化问题,而是聚焦于对部分算法的性能提升,以及对固定算法的代码性能进行优化,主要考察参赛队伍对计算机程序开发的能力以及对并行计算资源的利用能力。

渗流数值模拟赛题专家、中国科学院数学与系统科学研究院张晨松研究员表示,ASC24的渗流数值模拟赛题针对工程化、油田尺度的渗流数值模拟,希望参赛选手们通过本赛题,尝试解决实际工程计算中所面临的高难度问题。同时,也希望激发科技新青年们的无限创造力,实现对算法的有效优化,从而提升整体计算效率,这将有助于人类进一步揭开地下储集空间的神秘面纱,推动人类对深地能源资源高效开采和深地空间安全开发利用。

ASC世界大学生超级计算机竞赛(ASC Student Supercomputer Challenge)由中国发起组织,并得到亚洲及欧美相关专家和机构支持,旨在通过大赛平台推动各国及地区间超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力,发挥超算的科技驱动力,促进科技与产业创新。ASC超算大赛迄今已举行至第十一届,吸引来自全球六大洲上万名大学生报名参赛,是全球最大规模的大学生超算竞赛。