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絕頂好文：一位在英國工作的網(wǎng)友對J20的看法 （轉(zhuǎn)）
以科研來說,，不管是純粹的基礎(chǔ)研究還是技術(shù)開發(fā),，一般來說都有三種手段，第一,，理論研究,，第二，試驗(yàn),，第三,，模擬計(jì)算,。其中超級計(jì)算機(jī)能起到作用的主要是模擬計(jì)算這一步。大多數(shù)情況下一個(gè)科研成果的出現(xiàn)都是三種手段結(jié)合的結(jié)果,，越大的成果越是如此,。這三種研究手段中模擬計(jì)算所起的作用是非常微妙的，因?yàn)樗倾暯永碚撗芯亢驮囼?yàn)的手段,，很多情況下甚至是唯一手段,，特別是在研究項(xiàng)目涉及到非線性的時(shí)候。
很多人,，包括很多做模擬計(jì)算研究的人其實(shí)都忽略了一點(diǎn),，模擬計(jì)算的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)理論。公眾普遍認(rèn)為高性能的計(jì)算機(jī)能解決一切問題,，其實(shí)這是個(gè)誤解,。高性能計(jì)算機(jī)只是硬件部分，軟件部分的開發(fā),，首先需要一個(gè)數(shù)學(xué)模型,，而這個(gè)數(shù)學(xué)模型則是基于理論研究建立的，有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)一些基于實(shí)驗(yàn)建立的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停╡mpirical model）,。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ偷牟顒e在于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯覀冎淙欢恢渌匀�,，�?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭杏玫降亩ɡ矶赏且粋�(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，也就是說多大程度上可信,，或者在什么條件下適用,，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)常是說不清的。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)常出現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)學(xué),，金融學(xué)或者社會(huì)學(xué)研究中,，理工科研究用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉O少。有了理論模型之后又有一個(gè)很大的問題,，就是理論模型所需要的計(jì)算量往往超過世界上當(dāng)時(shí)最快的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度,，比如說計(jì)算飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)特性，誰都知道如果能把大氣模型劃分到一個(gè)一個(gè)的氣體分子來分別單獨(dú)計(jì)算,，計(jì)算結(jié)果肯定非常精確,，但是這遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了當(dāng)前最快的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。打個(gè)比方,，如果這么算的話,，可能完成某個(gè)特定氣動(dòng)結(jié)構(gòu)在特定環(huán)境下的模擬計(jì)算，可能需要當(dāng)前世界上最快的計(jì)算機(jī)連續(xù)不斷的運(yùn)行數(shù)百萬年,，這肯定不現(xiàn)實(shí),。另外一個(gè)大問題就是，當(dāng)前高性能的計(jì)算機(jī)采用的都是并行結(jié)構(gòu),。比如說一個(gè)計(jì)算過程,，要先完成A,，再算B，再算C,，并行計(jì)算機(jī)就會(huì)在A和B可以同時(shí)運(yùn)算的情況下用不同節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算A和B,，然后匯總其結(jié)果來計(jì)算C。但是一個(gè)理論模型并不是每一步都可以這么劃分的,，這也是超級計(jì)算機(jī)的一個(gè)瓶頸,。一般來說應(yīng)對這種困境的解決辦法是用近似模型，盡可能減少計(jì)算步驟,，增加可以同時(shí)運(yùn)算的計(jì)算步驟,。但是近似模型的計(jì)算結(jié)果和真實(shí)情況總是有著一段距離，同時(shí)在不同節(jié)點(diǎn)上同時(shí)計(jì)算幾個(gè)步驟時(shí)往往會(huì)涉及到邊界值傳遞的問題,。從數(shù)學(xué)上來說,，邊界條件的選取一定會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的精確性，差別只是影響的大小而已,，因此從理論上來說,，超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果其精確性低于單臺(tái)PC計(jì)算的結(jié)果。當(dāng)然這種情況也有解決辦法,，比如說把誤差控制在不可察覺的范圍內(nèi),，等等，但是到現(xiàn)在為止還沒有一個(gè)通用解決辦法,，往往需要針對不同問題開發(fā)不同的算法,，這是相當(dāng)相當(dāng)麻煩的一件事，因?yàn)槊總�(gè)算法必須考慮很多因素,，做很多測試,，這都是需要大量時(shí)間的。所以我才會(huì)在另外一個(gè)講天河的帖子里說超級計(jì)算機(jī)開發(fā)出來只是第一步,，更重要的是能不能開發(fā)出在超級計(jì)算機(jī)上高效率運(yùn)行的程序,。除此以外還有很多亂七八糟的問題，比如說CPU和GPU適應(yīng)的算法領(lǐng)域并不一樣,，等等，不是說一個(gè)計(jì)算機(jī)算某個(gè)問題快,，另外一臺(tái)超級計(jì)算機(jī)算這個(gè)問題也肯定快,，其芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是要考慮在內(nèi)的。
不過好消息是,，當(dāng)前中國出來的很多開創(chuàng)性的科技成果可以很明顯的看出超級計(jì)算機(jī)的應(yīng)用相對比較成熟了,，我這里只舉三個(gè)例子，一個(gè)是高鐵,，一個(gè)是J20飛機(jī),，還有一個(gè)是J10B的飛控系統(tǒng),。
就高鐵來說，discovery頻道曾經(jīng)報(bào)導(dǎo)過高鐵的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致流程,，當(dāng)然不會(huì)很詳細(xì),，這玩意肯定屬于國家級的商業(yè)機(jī)密。其中提到一點(diǎn),，就是高鐵車頭兩側(cè)兩個(gè)類似凹槽的結(jié)構(gòu),。不知道看這帖子的朋友有多少看過當(dāng)年對F1賽車設(shè)計(jì)流程的詳細(xì)報(bào)導(dǎo)。F1賽車的外形是經(jīng)過超級計(jì)算機(jī)計(jì)算才能上風(fēng)洞試驗(yàn)的,。為了保證賽車的抓地力,，讓賽車不至于在高速下飄起來，F(xiàn)1賽車設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到其空氣動(dòng)力學(xué)特性要讓賽車高速行駛時(shí)所受到的向下的壓力大于賽車重量�,，F(xiàn)代F1賽車一般來說,，如果速度起來了，完全可以在天花板上開,，因?yàn)榭諝庾枇νㄟ^其氣動(dòng)外形轉(zhuǎn)換成的向下壓力超過賽車自重,，而且往往是賽車自重的兩倍以上。賽車高速下會(huì)被緊緊的“壓”在天花板上,。中國高鐵的設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了同樣的步驟,，那兩道凹槽就是保證火車高速行駛時(shí)被“壓”在鐵軌上的，這是高鐵高速下不脫軌的重要保障,。參照類似F1賽車設(shè)計(jì)流程,，高鐵設(shè)計(jì)時(shí)必然也經(jīng)過超級計(jì)算機(jī)的模擬實(shí)驗(yàn)，然后修改之后才上風(fēng)洞吹風(fēng)的,。能做這種實(shí)驗(yàn),，并且高鐵速度還能不斷提高，說明這類實(shí)驗(yàn)一直沒中斷,，而且中國在超級計(jì)算機(jī)對流體力學(xué)計(jì)算上的強(qiáng)大實(shí)力,。以當(dāng)前計(jì)算機(jī)模擬而言，流體力學(xué)幾乎可以算是最具代表性的難題,，因?yàn)榱黧w力學(xué),，特別是氣動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，往往意味著要計(jì)算很多非線性過程,，這需要的不光是超級計(jì)算機(jī)硬件方面的強(qiáng)大能力,，也需要軟件和數(shù)學(xué)上的巨大突破。以我個(gè)人所見,，高鐵的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算不會(huì)比設(shè)計(jì)一款新飛機(jī)簡單到哪去,。
類似的還有J10B的飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。很多朋友應(yīng)該記得,，當(dāng)初J10的設(shè)計(jì)師說過,，J10用的全動(dòng)鴨翼技術(shù)是一種高度靜不穩(wěn)定技術(shù)（如果我沒記錯(cuò)的話）,，類似把一個(gè)球放在水平面上，另外一個(gè)球放在下面那個(gè)球上,，然后要設(shè)法保持上面那個(gè)球的平衡,。J10B的氣動(dòng)外形比起J10A來有比較大的改變，一個(gè)是進(jìn)氣道上的那六根小棍棍沒了,，而且進(jìn)氣道似乎向內(nèi)縮了一些,，其次是用了DSI進(jìn)氣道，再就是其機(jī)頭縮短了一點(diǎn),，并且有點(diǎn)下收,，有點(diǎn)類似于J11的機(jī)頭結(jié)構(gòu)。這些改變從空氣動(dòng)力學(xué)角度來說基本就相當(dāng)于重新設(shè)計(jì)半架飛機(jī)了,，所以我個(gè)人猜測,，J10B的飛控系統(tǒng)和J10A有比較大的差別，而且這種差別首先是上了超級計(jì)算機(jī)計(jì)算模擬過后才上風(fēng)洞試驗(yàn)最后定型的,。世界上有能力獨(dú)立設(shè)計(jì)飛行器氣動(dòng)外形的國家屈指可數(shù),，美國一個(gè)，俄國一個(gè),，中國一個(gè),，歐盟合起來算一個(gè)，剩下的那些窮折騰的日本韓國印度之類的其實(shí)在這方面都有巨大的缺陷,。中國能躋身四強(qiáng)之一,，不光是風(fēng)洞技術(shù)發(fā)達(dá)，超級計(jì)算機(jī)技術(shù)也是必不可少的,。
最后是J20飛機(jī),。首先澄清一點(diǎn)，除非是完全一點(diǎn)不變的按照1:1比例制造,，否則隱形飛機(jī)是不可能山寨的,。隱形飛機(jī)其基本原理就是利用互成不同角度的面或者特定的曲面把雷達(dá)波反射到不同方向從而減少RCS（雷達(dá)反射截面，這里只討論正面RCS）,。其中完全利用互成不同角度的平面反射的只有F117,。大家都知道這玩意其氣動(dòng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)稀爛，這是當(dāng)時(shí)超級計(jì)算機(jī)性能不夠造成的,，完全利用曲面的則是美國的B2和納粹德國在二戰(zhàn)中設(shè)計(jì)但是沒上戰(zhàn)場的一種飛翼型飛機(jī)Go-229,。但是不管是Go-229還是B2，氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的稀爛程度都和F117有得一比,，甚至更爛,。當(dāng)前最成熟的量產(chǎn)隱形戰(zhàn)斗機(jī)是第三代,，也就是F22,，其正面RCS的降低依靠的是曲面和平面的結(jié)合,，這就是當(dāng)前超級計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步帶來的。大家可以看到不管是F22還是J20或者毛子的T50,，其正面都是菱形結(jié)構(gòu),，這不是偶然，更不是山寨,，而是當(dāng)前超級計(jì)算機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果,，是RCS和氣動(dòng)外形之間妥協(xié)的最佳結(jié)果，所以光看機(jī)頭長得差不多根本不是J20山寨F22或者其他什么東西的證據(jù),，這恰恰說明了中國的超級計(jì)算機(jī)和風(fēng)洞技術(shù)已經(jīng)至少是追趕上了毛子和美國,，甚至某些部分可能有所超越。至于下一代隱形飛機(jī)是否存在,，其機(jī)頭采用什么外形,，那就得等到超級計(jì)算機(jī)技術(shù)再進(jìn)一步才能談了，當(dāng)前這三個(gè)國家的超級計(jì)算機(jī)技術(shù)都沒到那一步,。真的說起來的話,，倒是毛子的技術(shù)有可能多少有山寨F22的成分，因?yàn)槿龂忻邮俏ㄒ豢赡茉诔売?jì)算機(jī)上處于絕對弱勢的,。至于機(jī)頭之后機(jī)身結(jié)構(gòu)完全不同,，那就是三國不同的設(shè)計(jì)思想的體現(xiàn)了。其實(shí)僅就機(jī)頭來說,，菱形結(jié)構(gòu)的角度差一點(diǎn)點(diǎn),，帶來的RCS上的差異可能都是巨大的，每個(gè)國家這方面從理論到技術(shù)都是保密的,，所以外人不太可能猜到,。但是其理論和技術(shù)基本都基于計(jì)算能力和風(fēng)洞技術(shù)建立。就我個(gè)人估計(jì),，J20可能在整體性能方面未必樣樣都強(qiáng)過F22,，但是考慮到J20要融入中國的整體作戰(zhàn)平臺(tái)這個(gè)體系中，某些性能方面J20一定是超過F22的,。
我個(gè)人在此做點(diǎn)猜測吧,，中國整體作戰(zhàn)思路是積極防御（不知道現(xiàn)在變了沒），那么J20可能比F22更強(qiáng)調(diào)正面的RCS和超巡性能,，別的方面稍差就無所謂了,，反正是本土附近打了就跑，這樣的話J20外露的菊花也可以理解了,，因?yàn)榈鹊骄栈嫦驅(qū)Ψ嚼走_(dá)時(shí),，該打的都打過了，只要拼命跑就行了，RCS大點(diǎn)根本無所謂,，反正也跑不了多遠(yuǎn)就到家了,，真的被導(dǎo)彈追屁股了，飛到本土上就有陸基的防空反導(dǎo)體系,，到時(shí)候從地面上攔截就是了,。同樣，由于鴨翼的存在,，略差的發(fā)動(dòng)機(jī)同樣可以提供同樣甚至超過F22的機(jī)動(dòng)性和超巡性能,。
