薄壳结构失稳临界载荷的并行计算

以大型有限元分析软件为开发平台,研究了弹性结构屈曲分析的并行计算方法及软件实现,并针对大规模超级计算机的硬件环境编写了屈曲分析的并行求解程序;通过开发软件接口,将并行求解程序作为子模块嵌入串行有限元分析软件的求解序列中,并使其可直接调用;针对有限元前后处理器开发了风格一致的客户化界面,使并行计算的操作可视化。开发集成后的软件系统使串行有限元软件的前后处理能力与大规模并行机的高性能计算能力紧密结合,能够有效提高静力屈曲分析的规模和效率。      

可视化的并行程序设计系统

可视化并行系统的提出计算技术的匕速发展,特别是超级计算机的广泛应用,使科学家和工程师面临着巨大的数据洪流,大量数据远远超出了人脑分析、解释这些数据的能力,大规模并行机有着高性能的优点和优于巨型机的性能/价格比,但并行程序设计非常复杂,用户应用得到的性能距硬件的性能相差甚远,很难充分发挥并行系统的强大计算能力,并行计算可视化技术解决了上述困难,现正成为理解复杂系统,观察并行程序执行过程,直观调试并行程序和分析其性能的一项非常有效的工具。     

非结构网格多区域动态加密及分布式并行计算

针对分布式并行系统,提出一种二维非结构网格多区域动态并行策略,可在计算过程中对各计算区域的网格进行局部自适应网格加密,可在不过多消耗计算机资源的情况下,快速,有效地实现多台同构计算机上的计算网格的动态负载平衡.并针对二维Euler方程,利用已有的高精度MmB有限体积格式,应用提出的并行计算策略,进行了多个数值试验,得到令人满意的效果.     

CRAY T3D大规模并行计算系统

美国ＣＲＡＹ研究公司于１９９３年底向市场推出Ｔ３Ｄ并行系统，这是以生产制造通用超级计算机而著名的ＣＲＡＹ公司的第一台大规模并行处理（ＭＰＰ）系统，该系统的设计采用了当今世界计算机制造业和并行处理研究的多项最新和成熟技术，本文对Ｔ３Ｄ系统结构、硬件技术及软件设计逐一进行介绍与讨论，相信这对于我国从事并行处理技术研究，特别是ＭＰＰ型系统研究的人员将具有很大的参考价值。     

基于Linux集群架构的MPI点对点通信研究

如何满足大规模科学计算的要求,快速而有效地提高计算速度成为目前计算机科学迫切需要解决的问题之一。解决这一问题最为快速而且有效的方法是将多台计算机连接起来构成集群并行计算系统。为此重点研究了集群点对点通信原理,在已构建的Linux集群系统上成功实现了用C编写的MPI点对点通信并行程序,测试证明该方式可行有效。     

33台PC构成的超级计算机

日本科学家北野宏明领导的一个科研小组最近把33台个人电脑连接起来,构成运算能力可与超级计算机相匹敌的廉价超级并行计算机。据《日本经济新闻》报道,33台个人电脑是由科研人员从市场上采购的零部件组装起来的。把它们连接起来,使用Ｌｉｎｕｘ操作系统或美国阿尔贡国家实验室开发的并行计算用的操作系统,就构成了廉价的超级并行计算机,其运算速度可达每秒68亿次。超级计算机的用途很广,如进行气象预报等科学计算、汽车及医药品的设计、预测股市行情、制作计算机图表等,但缺点是价格昂贵。33台PC构成的超级计算机@龚翔     

多GPU并行可压缩流求解器及其性能分析

为实现可压缩流问题的大规模高效数值求解,开展基于图形处理单元（GPU）的并行计算研究。在NVIDIA GTX 1070上建立了基于消息传递接口+统一计算设备架构（MPI+CUDA）的多GPU并行可压缩流求解器,该求解器基于结构网格有限体积法,空间离散采用AUSM⁺UP格式。采用一维区域分解法对计算网格进行划分,使得各GPU之间达到负载平衡。针对超声速进气道算例,对算法单GPU并行性能和多GPU可扩展性能进行分析。数值结果显示,单GPU并行计算可以获得37~46倍的加速比,极大地提高了计算效率;4块GPU并行计算加速比从47倍增加到143倍,并行效率维持在70%以上,说明并行算法具有良好的可扩展性。     

B样条快速求值算法及其在曲线拟合中的应用

B样条方法是数据插值、拟合与平滑的重要方法。通过对de Boor-Cox算法计算路径的分析,给出了一种基于向量扩展的B样条基函数求值运算方法。分析表明,该方法具有并行计算结构和递推计算结构,利于计算机实现。同de Boor-Cox递推运算方法比,它能够同步计算出k次B样条的所有k＋1个非零函数值,运算效率提高了2k＋1倍。在最小二乘法B样条曲线拟合算法中的应用验证了本文算法的有效性。     

基于TruCluster的集群管理系统

集群计算机是利用高速通信网络将一组高性能工作站或高档ＰＣ按某种结构连接起来，在并行程序设计及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的系统。从结构和结点间的通信方式来看，它属于分布存储系统，主要利用消息传递方式实现各结占之间的通信。目前已实现和正在研究中的集群系统大多用现有商用工作站／ＰＣ和通用ＬＡＮ网络，这样既可以缩短开发周期，又可以利用最新的微处理器技术。集群系统在机场网络系统中的应用越来越广泛。本文主要讨论集群管理系统的相关概念，及ＴｒｕＣｌｕｓｔｅｒ集群系统的体系结构。     

基于非结构网格流场超大规模并行计算

大规模并行的计算流体力学已成为现代航空工业研发的核心手段之一。基于非结构混合网格和有限体积法,发展了适用于工业级复杂外形气动计算的并行流动数值模拟方法。文中首先介绍了紧致数值离散格式、基于Metis的分布式多核系统网格分区技术、并行边界虚拟单元技术和MPI并行实现等相关算法。采用网格量相对较小的旋成体构型绕流模型对比分析多核并行计算结果与单核计算结果以验证并行计算的正确性,比较了不同并行规模下并行效率和残差收敛情况。然后通过对上亿网格单元的运输机复杂构型绕流模拟,开展并行效率的测试,结果表明,本文方法并行加速性能高,直到多达18816核并行效率都保持在80%以上。     

NNW-TopViz流场可视分析系统

流场可视化技术采用图形图像直观地表现CFD数值模拟的计算结果,使用户能够方便地对这些数据进行分析、比较和研究。然而,CFD数值模拟的流动复杂,其产生的流场数据规模巨大、数据类型复杂、特征提取困难,传统的串行可视化软件效率低、交互手段单一,难以满足数据分析的需求。国家数值风洞（NNW）工程研制了一套流场数据处理可视化软件系统（NNW-TopViz,简称TopViz）,具有对流场数据处理与特征提取、几何图形绘制等可视化与交互功能。根据可视分析效率需求,TopViz实现了线程并行,在多核计算环境下有效提高了可视化计算和交互效率;针对流场特征提取困难、常规方法效率低的问题,TopViz实现了基于卷积神经网络的流场旋涡特征提取方法,提升了特征提取准确率和效率;为提高软件交互效率并提供便捷的交互方式和体验,基于头戴式显示设备和体感控制器构建沉浸式虚拟显示与交互平台,TopViz实现了手势和眼球凝视2种交互方法,提供沉浸式环境下多视图、多角度流场探测方式。     

一种基于HPC和COTS技术的软件雷达硬件体系结构设计

利用HPC系统强大的运算能力和高速数据传输带宽，通过网络互连所构成的网络拓扑结构，再结合基于具有可靠的工作性能和较低的成本，并且具有标准化、同类器件可替换的COTS技术的产品作为计算节点，构建了一种标准化、模块化的软件雷达硬件体系结构。     

最佳非等距线性插值基点选取法

 本文探讨了一种最佳的非等距线性插值基点选取法。采用这种方法,可以使给定允许插值误差情况下,插值基点数减到最少,从而使一些专用微机系统中所要求的表格存贮器的容量大大减少,插值搜索过程加快。     

高性能流场并行粒子追踪数据管理系统

随着当下计算能力和存储性能的提升,流场数据产出的规模越来越庞大,针对流场数据的可视化应用对于硬件及软件算法的要求也随之提高。基于国家数值风洞（NNW）工程支持,主导设计并开发了高性能流场并行粒子追踪数据管理系统,帮助用户探索和分析大规模流场数据。该系统针对流场数据提供多种高效的数据管理方法,在超算集群上针对并行粒子追踪过程进行了数据预取优化与负载均衡优化。对于粒子追踪过程中产生的流线（或迹线）及进程工作记录数据,该系统支持用户在本地平台上进行性能诊断和分析。使用不同流场数据集开展的两个应用实例验证了该系统的有效性。     

航空电子软件仿真测试环境软件体系结构研究

首先介绍航空电子软件的特点,分析航空电子软件测试对测试环境的需求,提出一种分布式仿真测试环境的软件体系结构设计.基于RUP模型,以不同视图系统地对航空电子软件测试环境的体系结构进行了描述.应用代理模式,解决了分布式测试环境节点间实时通讯的关键技术.据此设计和实现的分布式仿真测试平台系统DSTE V1.0已成功地应用于多个航空电子软件系统测试工程中.     

综合化航空电子系统可信软件技术

航空电子系统要求航空任务的执行具有确定性、可预测和可控性。深入分析综合化航空电子系统软件安全性、可靠性、完整性和实时性需求,提出了综合化航空电子系统软件可信性的定义。首次将可信计算引入到综合化航空电子系统中,建立综合化航空电子系统可信软件体系结构,在此基础上,提出软件可信运行环境构建方法和可靠性增强技术。这些技术能够保障综合化航空电子系统的可预测性,对保证飞机任务的执行及其安全具有重要的作用,为研制适合于中国大飞机的综合化航空电子系统可信软件奠定基础。     

基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载计算机的计算力和功耗比要求不断提升，这也推动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备的深入应用，随之而来的是运行其上的软件复杂度急剧上升，面向应用的航电系统设计面临挑战。多核处理器平台由于需要面对并行、指令乱序、资源共享冲突等问题，而目前国内大多数机载嵌入式软件和驱动仍然是基于单核处理器设计和实现的，影响最大的是在机载嵌入式实时操作系统环境下的驱动软件，因此需要充分考虑多核带来的各方面影响，尤其是需要兼顾共享内存等资源的使用冲突和实时高效要求。本文结合机载航电多核处理平台的特点，提出了一种基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法，并基于该方法设计了FC 总线驱动和MBI 总线驱动，项目应用结果表明，设计的驱动程序在多核处理器平台上数据传输正确，验证了方法的正确性和有效性。     

基于模型的飞机地面减速系统架构设计方法

地面减速功能在飞机上的实现涉及多个系统,其综合系统架构具有很高的复杂性,多系统间的接口数量巨大且接口形式多样,多系统间的动态协同工作逻辑比较复杂。为了应对这种复杂性,提出了基于模型的系统架构设计方法,将SysML建模语言和面向对象的建模思想应用到飞机地面减速系统的架构设计和行为分析中,可以实现系统架构元素的统一定义和分解,以及多系统集成架构的统一接口定义和分析,同时可以实现系统静态架构和动态行为的协同设计;搭建了飞机级和系统级的架构模型和行为模型,实现了地面减速综合功能的分析和多系统集成架构的设计。实践表明,基于SysML的飞机地面减速综合系统架构设计方法可以有效应对多系统集成设计的复杂性,并提升集成设计的效率和质量。     

网格计算在工业过程控制中的应用前景

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术,充分利用现有资源提供高性能的计算能力。现在的生产过程越来越向大规模复杂化方向发展,过程控制需要新的控制模型和控制方法来解决这些问题。但现有的计算能力无疑又限制了控制技术的应用,将高性能的网格计算运用到过程控制当中可以提高控制模型和控制算法的计算速度,也将大大提高其控制品质和应用范围。