美國科研團隊借助勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的百億億次級超級計算機“埃爾卡皮坦”，成功完成了全球規模最大的流體動力學模擬。這項突破性成果不僅在單一計算流體動力學問題中突破了一千萬億自由度的規模，更在速度、內存占用和能耗方面實現了顯著優化，為計算驅動的火箭設計開辟了新路徑。

研究聚焦于火箭排氣現象，尤其是多個火箭發動機同時點火時產生的湍流排氣。團隊通過模擬再現了受SpaceX超重型助推器啟發的復雜構型排氣動力學，揭示了緊湊型大推力發動機陣列在點火時羽流相互作用的極端挑戰。這種設計雖具有制造優勢、發動機冗余度和運輸便利性，但數十個發動機同時點火時，羽流可能將熾熱氣體推回箭體底部，威脅任務安全。

為實現如此大規模的模擬，團隊結合了一種名為“信息幾何正則化”（IGR）的沖擊正則化技術。該技術由佐治亞理工學院斯賓塞·布林格爾森教授、紐約大學庫蘭特研究所弗洛里安·謝弗教授及康奈爾大學博士生曹瑞佳共同開發。布林格爾森表示：“這一方法在速度、能耗和模擬規模上均實現了顯著突破，比此前最先進技術大了數個數量級。”

在性能優化方面，研究團隊將算法效率與“埃爾卡皮坦”的芯片設計深度結合，實現了較以往方法80倍的速度提升，內存占用減少至1/25，能耗降低5倍以上。原本需要數周完成的模擬，如今僅需數小時即可完成。這一成果不僅為百億億次級計算流體動力學（CFD）性能和內存效率樹立了新標桿，更證明了大規模模擬在真實系統壓力下的可行性。

模擬過程中，團隊充分利用了“埃爾卡皮坦”的全部11,136個節點和超過44,500個AMD Instinct MI300A加速處理單元，實現了超過500萬億網格點（即500千萬億自由度）的突破。他們還在橡樹嶺國家實驗室的“前沿”超級計算機上進一步擴展工作，成功突破一千萬億自由度。這些模擬均基于布林格爾森課題組維護的開源MFC代碼進行，該代碼采用寬松許可證，為全球科研人員提供了開放的研究工具。

勞倫斯利弗莫爾計算首席技術官布羅尼斯·R·德·蘇平斯基指出：“從設計‘埃爾卡皮坦’的第一天起，我們的目標就是實現此前不可行的任務級規模模擬。此次與外部團隊合作，不僅驗證了大規模性能和科學可用性，更讓我們深入了解了超級計算機在真實壓力下的行為。”他強調，這類合作對推動高性能計算領域的發展至關重要。

該研究團隊已入圍2025年ACM戈登·貝爾獎決賽，這一獎項被譽為高性能計算領域的最高榮譽。團隊成員表示，隨著私營航天業務的擴展，運載火箭對緊湊型大推力發動機陣列的依賴日益增加，而此次模擬為應對相關挑戰提供了關鍵技術支撐。通過計算驅動的預測性建模，未來有望取代成本高昂且受限的物理實驗，推動火箭設計邁向新階段。