技术分享︱国产化突破：开源MDO工具链在新一代神威超算上的安装与调试

        在追求航空器设计极致性能与效率的今天，高性能计算（HPC）已成为推动多学科设计优化（MDO）发展的核心引擎。我国自主研发的新一代神威超级计算机，以超过10万个SW26010-Pro处理器节点、1.5 Exaflops峰值性能能力，为复杂工程系统的超大规模、高精度仿真与优化提供了前所未有的硬件平台。其澎湃算力，预示着在航空航天、船舶、能源等关键领域实现变革性突破的潜力。然而，将这种理论上的潜力转化为实际工程应用效能，面临着严峻的挑战。

        新一代神威超算采用独特国产申威处理器、并实施严格“编译-执行”环境隔离（登录节点与计算节点架构异构、工具链隔离）的先进系统，对软件生态的适配性提出了极高的要求。当前主流开源MDO工具链（如基于PETSc、OpenMDAO等的框架）虽功能强大，但其开发与部署长期围绕国际主流x86生态进行，存在着显著的应用生态短板。这种不匹配直接导致了两个关键问题：

• 性能潜力难以释放： 工具链底层核心库（如PETSc、METIS、特定求解器等）缺乏对申威架构的原生优化和深度适配，无法充分利用“新一代神威超算”的异构计算优势和超大规模并行能力，计算效率远低于预期。

• 部署运行困难重重： 强制性的交叉编译环境、复杂的手动库依赖配置、自动化安装工具（pip, setup.py）在计算节点被禁用、以及对动态库兼容性的特殊要求等技术壁垒，使得在“新一代神威超算”上安装和调试庞大的开源MDO工具链变得极其复杂和脆弱，成为阻碍其实际应用的首要障碍。

        本文将聚焦于以上核心挑战，简要阐述如何在新一代超算平台上成功安装、调试并运行一套完整的开源MDO工具链。

01 痛点：航空仿真的“卡脖子之锁”

1.1 新一代神威超算环境特点

  1. 强制分离编译与执行

•   登录节点：唯一允许使用交叉编译器的环境，开发者需手动将C/C++扩展库编译为国产处理器适配的二进制文件（如.a静态库或指定路径的.so动态库）。
•   计算节点：仅支持运行预编译库，禁用pip install、setup.py等自动化编译安装工具，避免直接调用不兼容的本地编译器。

  2. 库安装高度依赖手动操作

        编译流程复杂：需人工指定交叉编译器路径（如SWGCC）、硬件指令集参数（-march=sw）、依赖库链接路径（-L/path/to/lib）等，配置错误将导致编译失败。

  3. 异构环境隔离

        登录节点与计算节点硬件架构不同（如神威处理器），编译器工具链严格隔离，强制交叉编译。

  4. 定制化开发程度高

        开发者需深度介入编译流程，手动指定CFLAGS、LDFLAGS等参数，适配目标环境。

1.2 两大痛点

• 硬件隔离：申威处理器与国际x86软件指令集不兼容
• 环境隔离：编译（登录节点）与运行（计算节点）严格分区，禁用自动化工具

1.3 “三无困境”

• 无适配：PETSc、Adflow等底层库缺乏动态库的移植经验
• 无协同：气动/结构/优化工具链断链
• 无验证：各模块无法进行大规模并行测试（缺少算例）、气动|结构耦合优化效率未知