美国科研团队借助劳伦斯利弗莫尔国家实验室的百亿亿次级超级计算机“埃尔卡皮坦”，成功完成了全球规模最大的流体动力学模拟。这项突破性成果不仅在单一计算流体动力学问题中突破了一千万亿自由度的规模，更在速度、内存占用和能耗方面实现了显著优化，为计算驱动的火箭设计开辟了新路径。
研究聚焦于火箭排气现象，尤其是多个火箭发动机同时点火时产生的湍流排气。团队通过模拟再现了受SpaceX超重型助推器启发的复杂构型排气动力学，揭示了紧凑型大推力发动机阵列在点火时羽流相互作用的极端挑战。这种设计虽具有制造优势、发动机冗余度和运输便利性，但数十个发动机同时点火时，羽流可能将炽热气体推回箭体底部，威胁任务安全。
为实现如此大规模的模拟，团队结合了一种名为“信息几何正则化”（IGR）的冲击正则化技术。该技术由佐治亚理工学院斯宾塞·布林格尔森教授、纽约大学库兰特研究所弗洛里安·谢弗教授及康奈尔大学博士生曹瑞佳共同开发。布林格尔森表示：“这一方法在速度、能耗和模拟规模上均实现了显著突破，比此前最先进技术大了数个数量级。”
在性能优化方面，研究团队将算法效率与“埃尔卡皮坦”的芯片设计深度结合，实现了较以往方法80倍的速度提升，内存占用减少至1/25，能耗降低5倍以上。原本需要数周完成的模拟，如今仅需数小时即可完成。这一成果不仅为百亿亿次级计算流体动力学（CFD）性能和内存效率树立了新标杆，更证明了大规模模拟在真实系统压力下的可行性。
模拟过程中，团队充分利用了“埃尔卡皮坦”的全部11,136个节点和超过44,500个AMD Instinct MI300A加速处理单元，实现了超过500万亿网格点（即500千万亿自由度）的突破。他们还在橡树岭国家实验室的“前沿”超级计算机上进一步扩展工作，成功突破一千万亿自由度。这些模拟均基于布林格尔森课题组维护的开源MFC代码进行，该代码采用宽松许可证，为全球科研人员提供了开放的研究工具。
劳伦斯利弗莫尔计算首席技术官布罗尼斯·R·德·苏平斯基指出：“从设计‘埃尔卡皮坦’的第一天起，我们的目标就是实现此前不可行的任务级规模模拟。此次与外部团队合作，不仅验证了大规模性能和科学可用性，更让我们深入了解了超级计算机在真实压力下的行为。”他强调，这类合作对推动高性能计算领域的发展至关重要。
该研究团队已入围2025年ACM戈登·贝尔奖决赛，这一奖项被誉为高性能计算领域的最高荣誉。团队成员表示，随着私营航天业务的扩展，运载火箭对紧凑型大推力发动机阵列的依赖日益增加，而此次模拟为应对相关挑战提供了关键技术支撑。通过计算驱动的预测性建模，未来有望取代成本高昂且受限的物理实验，推动火箭设计迈向新阶段。
