发布时间：2024-05-20 15:04:11 来源: sp20240520
如今，航空航天、生物信息、金融科技、天气预测等领域都离不开功能强大的科学计算软件。
记者了解到，由北京大学数学科学学院副院长、北京大学重庆大数据研究院副院长李若教授领衔的科研团队，研发了首款具有完全自主知识产权的国产通用型科学计算软件——北太天元数值计算通用软件（以下简称北太天元）。其底层数学函数替换率达77%，功能函数替换率达55%，打破了长期以来这一领域被国外公司垄断的局面，填补了国内空白。目前，北太天元已在教育、汽车制造、能源电力等领域应用。
近年来，悄然崛起的国产科学计算软件不只有北太天元。我国一些企业在这一赛道多有布局，并取得相应成果。
在多个领域用途广泛
科学计算软件可再现、预测和发现客观世界运动规律和演化特性，建立数学物理模型、研究计算方法、开发应用程序、进行模拟计算并分析计算结果。具体来说，科学计算软件分为专业型科学计算软件和通用型科学计算软件两大类。
“科学计算软件能模拟真实条件下无法或难以进行的实验。”李若说，“例如想要研究海啸、地震、核爆炸的破坏强度，人们不可能进行真实实验，但却可以通过科学计算软件来模拟。”
“同时，它还能降低真实实验成本。”李若举例，传统的造车方式容错率低且成本高。如今，借助科学计算软件，工程师可以构建汽车模型。在没有汽车实物的情况下，相关人员也能直观分析车辆动力性能等关键指标，预判汽车可能出现的问题并作出调整。这大幅降低了生产成本，提高了研发效率，有利于提升产品性能。
不仅如此，科学计算软件在高校教学中也颇受欢迎。比如，在数学教学领域，科学计算软件已成为数学分析、线性代数、概率统计等相关课程的基本教学工具。“高等数学中有很多抽象概念，学生学习起来难度较大。科学计算软件可以用图像加深学生对这些概念的理解。”李若说，“尤其是它能将数据可视化，这对学生理解空间解析几何很有帮助。”
相关资料显示，在控制、机械、电气、电子、通信、热能等专业领域，科学计算软件也已成为核心原理讲解、实验验证及科研实践不可或缺的工具。同时，它在工科专业教学中也发挥着关键作用，许多验证性实验都基于科学计算软件搭建。
打破外国软件巨头垄断
长期以来，我国科学计算软件市场被国外软件巨头垄断。以业内领军科学计算软件之一——MATLAB为例，其早在20世纪80年代就进入中国市场，目前这一软件支持的行业多达15个以上。
时下，由中国自主研发的科学计算软件正在改变这一状况。
以北太天元为例，2020年10月以来，李若带领团队在北京大学数学科学学院开启北太天元“0—1”内核原创研究后，在北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室进行北太天元技术孵化。2021年，团队入驻北京大学重庆大数据研究院，推动北太天元“1—10”产品孵化。2022年6月，北京大学重庆大数据研究院依托北太天元孵化了北太振寰（重庆）科技有限公司，进一步推动国产科学计算软件发展。
据北太天元相关研发人员介绍，产品从零开始自主开发，目前拥有常用功能函数1500多个、核心数学函数400个以上，已基本满足高校教学和研究需求。同时，它具有科学计算、并行计算、函数绘图、算法开发、数据处理等功能，应用范围涵盖大部分科学和工程计算领域。目前该产品已突破国产通用型科学计算软件内核的根技术，在完成软件专利的基础上适配了国内软硬件环境。据团队相关人员介绍，北太天元完全兼容国外同类产品并支持中文变量编程。基于此，用户可以保留以往的工作习惯和语法习惯，高效率、低成本地完成软件使用的过渡，将更多精力投入到自主创新工作中。
记者梳理发现，苏州同元软控信息技术有限公司研发的新一代科学计算与系统建模仿真平台MWORKS，北京世冠金洋科技发展有限公司研发的GCAir系统仿真测试验证一体化平台和GCKontrol系统设计与仿真软件，也已经被应用于教育、科研等领域。
尽管国产科学计算软件技术不断发展，相关市场规模不断扩大，但这一行业也面临技术研发能力不足等问题。
李若认为，国产科学计算软件在计算效率等技术层面仍有待提升。比如，在执行一些命令时，国产科学计算软件的运算速度与国外竞品相比仍有差距。
在北京大学重庆大数据研究院基础软件科学研究中心主任助理廖汉卿看来，开发科学计算软件不可能一蹴而就。“科学计算软件解决的是底层逻辑计算难题，其平台性、工具性等特点决定了它是一种底层的、基础性的软件，开发周期长、难度大、高层次人才需求量大。”他补充，即便产品进入市场，也不意味着研发工作结束。研发人员还需要重视用户反馈，不断对软件进行完善。
协同发力解决痛点问题
当前，国产科学计算软件已经拥有一定的算法实现能力，并突破了内核的根技术。在技术创新、效率提升以及数据安全等多重诉求驱动下，智能汽车、金融科技、高校教育与科研等领域正展现出对国产自研通用型科学计算软件的迫切需求。在业内专家看来，下一步，应从人才支撑、政策支持、创新生态建设等方面发力，进一步助推产业发展。
首先，需要培养一批既有软件研发能力，又有专业背景的人才。科学计算软件包含大量不同的数据模型，其工具箱更是涵盖数学、电子信息、机械工程等诸多学科内容。因此，其开发离不开既懂编程、又精通某一专业的交叉学科人才。
其次，政策支持也不可或缺。“科学计算软件的发展离不开应用场景。要想激发企业创造更多应用场景，需要国家政策的大力支持，包括推进重大工程中的关键软件应用、进一步完善知识产权保护制度等。”廖汉卿认为，产品在新应用场景中会被不断打磨，实现迭代。这不仅有利于提升我国在科学计算领域的人才培养质量，还能进一步增强市场竞争力与创新活力。
最后，国产科学计算软件产业发展离不开生态建设。“这里的生态包含科学计算软件的底层函数、数学库、运行环境、行业应用等。”李若建议，高校、企业、软件开发者等各方要通力合作，打造具有竞争力的软件生态环境，更好地发展创新技术，推动我国科学计算软件走得更远。
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工业软件市场发展动能强劲
工业软件被誉为工业制造的大脑和神经。近年来，随着使用需求的提升，国产科学计算软件的进步，相关政策支持力度的加强，我国工业软件市场前景广阔，相关产业蓬勃发展。
工业和信息化部数据显示，2023年，我国工业软件产品实现收入同比增长12.3%。中商产业研究院分析师预测，2024年全年中国工业软件市场规模将达3073亿元。国际数据公司预测，中国核心工业软件市场规模将从2023年的273.6亿元增长到2027年的579.6亿元，年复合增长率将达20%。
得益于技术、行业、政策等因素多轮驱动，众多国产工业软件企业涌现。国电南瑞科技股份有限公司、上海宝信软件股份有限公司、中控技术股份有限公司等企业纷纷入局并研发出相关产品，为国产工业软件市场增添发展动能。
北京数码大方科技股份公司董事长兼总裁雷毅在接受媒体采访时表示，未来十年是国产工业软件的“黄金十年”，更是工业软件发展的重要“窗口期”。未来十年，中国一定会出现能与国际一流工业软件企业同台竞技的国产工业软件企业，也一定会形成共同服务制造业的工业软件生态。
(责编：杨曦、陈键)