我们的生活中充满了各色各样的流体，例如空气、流水以及坚冰，它们的变化，以及背后的流动规律，无一不令人着迷，而对它们的研究，则依赖于超级计算机。2022年，毕业于美国明尼苏达大学的曾亚东博士，给出了大规模并行模拟流体运动的实际解决方案，深入探究并行算法如何高效地利用CPU/GPU/TPU等硬件，以此获得成倍的模拟加速。

兴趣引导，专注科研

在广阔的海洋中，柔性立管被广泛应用在近海的油井作业或浮动隧道中。当海水围绕这些管子流动时，由于水流产生的漩涡，管子可能会产生振动。这种特定的振动被称为涡激振动（VIV）。了解导致这些管道振动的强度对于我们设计如立管这样的设备至关重要。

“那我们该如何测量这种振动的强度，以确保立管不会损坏呢？”这是本科时的曾亚东第一次对科研产生了兴趣。

在实际试验中，直接测量立管受到的力可能会有困难，因为大型测量设备可能会干扰水流。如果换小一点的设备来测量形变，能不能通过形变算出立管的受力呢？在付世晓老师和师兄师姐的指导下，曾亚东使用逆有限元方法（IFEM）研究了均匀流中经历涡激振动（VIV）的柔性立管的水动力学，从而成功地从试验观察到的形变中，推断出了作用于管子上的受力分布，为这一领域的研究提供了新的视角。

时至今日，曾亚东还记得当他得到验证过的计算结果后，那种内心的欣喜，“那种感觉，就好像心口处被开启了，原来科研这么有意思”。

2016年，曾亚东以Top 1%的成绩毕业于上海交通大学船舶与海洋工程专业。带着对计算模拟的兴趣，他来到美国明尼苏达大学机械工程系攻读博士学位。为了充实自己，曾亚东在读博期间，积极修习不同系所的课程。除了机械工程的博士学位，他不仅顺带拿下了机械工程系的硕士学位、数学系的Ph.D. minor，还在美国德州奥斯汀大学拿到了计算机硕士学位的证书。这极大地丰富了他从多学科看问题的视野，也为他打下了坚实的科研基础。

在明尼苏达大学，曾亚东的主要研究是关于自适应网格在流体动力学中的运用。想象一个场景，在巨大的海面上，波浪汹涌，这些波浪的破碎会产生气泡、飞沫，而它们在海洋和大气的物质和热流交换的过程中扮演着重要的角色。为了了解这种交换背后的机制，我们需要模拟整个物理过程。超级计算机为我们开辟了新的途径，但是这还远远不够。如果想要捕捉微米量级的飞沫，我们就只能把有限的计算资源用在需要的地方，这背后，便是自适应网格技术的真义。我们在极小尺度的飞沫附近用很细的网格来模拟，而在平缓的大尺度波浪旁边只用很粗的网格，这样有的放矢，集中力量办大事。

虽然听起来很简单，但真正地实施却有一定的难度。自适应网格技术在1985年左右就被提出，但因为它的算法复杂，到目前为止，全世界也没有多少并行计算框架来支持自适应网格在各种硬件（例如CPU和GPU）上的运行。