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。     

湍流两相燃烧流场并行程序的改造与测试研究

本文在并行计算环境下对火箭发动机湍流两相燃烧流场进行了数值模拟,用并行系统分析模型对机器的性能和应用程序进行了研究,通过测试表明预测和实测结果相符,改进后的并行程序并行效率高.     

喷管内流场并行计算方法研究

建立了基于区域分解的并行计算方法,将已有的后台阶喷管内流场三维ＴＶＤＭａｃ－Ｃｏｒｍａｃｋ显式格式的串行计算程序改造成为并行程序,获得了较高的并行加速比。并行计算结果同串行结果进行了对比,证明计算是成功的。     

计算流体力学并行计算技术研究综述

本文综述了中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所近年来开展的并行算法研究应用工作.包括有基于工作站机群和微机机群建立了分布式网络并行计算环境;在此并行环境下开展了CFD并行算法研究和并行应用软件开发研制;与国防科技大学计算机学院合作,开展了大型系列并行机研制过程中所选择的CFD并行程序的研制,并对计算机并行性能进行了测评.     

飞行器亚跨超声速流气动力并行计算研究

隐格式并行求解是计算流体力学并行算法研究的难点,本文针对分布式存储并行处理系统,在异构编程PVM环境下,采用"局部隐"方法,使用发送/接收数据结构和自动剖分等技术,有效地实现了对飞行器亚跨超声速流气动力数值模拟串行程序的并行化改造,保证了并行计算结果与串行结果的一致性.该方法具有简单实用、并行效率高以及并行程序可移植性好和应用前景广泛等特点.     

LM-NS3D程序的并行化及性能分析

以PVM为消息传递支持软件实现了低马赫数流动三维数值模拟程序LM-NS3D的并行化,考虑了通信优化、数据局部化及负载平衡等.在两种并行平台上测试表明可扩展性好,并行效率高.分析了测试结果,讨论了提高并行计算性能的一些途径,总结了该类型CFD程序的并行化方法.     

Linux环境下MPI并行编程与算法实现研究

并行计算实现求解一些复杂的问题,并行编程技术的进步使得并行计算逐步应用到很多领域。MPI是一种消息传递编程模型并可以被广泛使用的编写消息传递程序的标准,已扩展为一种优秀的并行程序设计语言。该文简要介绍了有关并行编程的基本概念与方法,深入讨论了MPI并行编程环境与并行编程模式,对MPI并行性进行了分析,给出了Linux环境下MPI编程环境的配置方法,最后结合一个实例详细描述了用MPI实现并行算法的方法。通过对实验程序的结果分析,在Linux机群环境下用MPI实现复杂的并行算法是简单的,并且能取得较好的性能。     

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。     

二维不可压流程序在PVM环境下的并行计算

本文在PVM环境下进行了二维不可压流的并行数值模拟,应用并行虚拟机模型对机器环境和并行程序的特性进行了分析,研究了并行程序和并行机器的匹配问题.在MPP环境下的测试表明,改进后的并行程序并行效率高.     

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。     

跨、超音速流动的区域分解方法与并行算法

研究二维跨、超音速无粘性流动的 Euler方程区域分解方法、并行算法及其应用。通过内边界耦合条件实现相邻子区域解的光滑过渡,以得到总体流场的数值解。发展了一种多块区域之间守恒型的有效内边界耦合方法,对二维翼型跨音速流动和钝头体超音速流动等进行了分区数值求解,分区计算结果与其他单区计算结果作了比较,并讨论了多种区域分解数目的分区计算效率。并行计算采用纯结点并行编程方式和“先进先出”的同步控制等待机制,利用 PVM并行环境对二维绕翼型跨音速流动做了二区和四区分区并行计算。     

基于混合网格的三维Navier-Stokes方程并行算法

提出了一种基于混合网格的三维Navier-Stokes方程的并行计算方法。Navier-Stokes的求解采用了基于面的有限体积方法,该方法适用于任何网格类型。采用一方程Spalart-Allmaras模型来计算紊流黏性。并行计算采用区域分裂的方法,利用METIS网格分区系统实现了各节点的加载平衡。节点间的数据交换通过调用MPI库函数来实现,采用非阻断通讯的方式来减少数据交换时间。充分利用FORTRAN90的动态存储特性来减少对内存的需求。最后,通过对绕DLR-F6外形(翼身组合体+挂架+发动机短舱)黏性流动的数值模拟,验证了该并行程序的准确性,高性能并行计算以及处理复杂几何外形的能力。     

模型加力室大涡模拟的并行计算

采用基于MPI(消息传递库)的并行算法,在贴体网格下对带V形槽稳定器模型加力燃烧室紊流化学反应流场进行数值模拟,湍流模型采用k方程亚网格尺度模型,燃烧模型采用亚网格EBU模型,采用热通量辐射模型估算辐射通量。在程序设计中,采用动态内存分配、分区算法和多点重合交错网格系统,并行计算的结果与单机运行结果的对比表明计算结果是正确的,可以明显的提高运算效率,是解决复杂燃烧流动大规模数值模拟的有效手段。      

任务表集群计算平台的实时性研究

实时计算系统的关键特征包含计算时限保证和可信度两个方面。本文从进程配置、负载分配、消息传递等方面介绍任务表算法集群平台的计算时间保证措施;从瞬间故障表现和长期运行表现介绍平台在实时应用中的可信度措施。     

结构动力响应精细积分级数解的并行计算

讨论了精细积分法的存储需求问题,指出级数解更适合计算大型结构的动力响应分析.研究了精细积分法级数解的并行计算,精细积分法的时程积分公式包含两项,采用第一项串行、第二项并行的并行算法对精细积分级数解实施并行计算,给出了相应的实现流程.讨论了并行算法的负载分配策略,为减少处理器等待初值的时间,对时间步数实施非平均分配.算例表明,并行算法具有好的加速比.     

三维动态非结构重叠网格Navier-Stokes方程并行算法

 提出了一种三维动态非结构重叠网格Navier-Stokes(N-S)方程的并行计算方法。N-S方程的空间离散采用格点有限体积方法,时间离散采用隐式的双时间步长方法。应用一方程Spalart-Allmaras(S-A)模型来计算湍流黏性。并行计算采用动态的区域分裂方法,在每一物理时间步利用METIS网格分区系统对网格进行分区。为了实现各CPU之间的负载均衡,每块网格都按CPU个数进行分区并对活动节点和非活动节点进行了加权处理。最后,通过对外挂物投放无黏流动的数值模拟和内埋武器弹舱开启黏性流动的数值模拟,验证了该并行程序的准确性、高性能并行计算以及处理复杂几何外形的能力。     

A Scalable Infrastructure for Online Performance Analysis on CFD Application

The fast-growing demand of computational fluid dynamics(CFD) application for computing resources stimulates the development of high performance computing(HPC) and meanwhile raises new requirements for the technology of parallel application performance monitor and analysis.In response to large-scale and long-time running for the application of CFD,online and scalable performance analysis technology is required to optimize the parallel programs as well as to improve their operational efficiency.As a result,this research implements a scalable infrastructure for online performance analysis on CFD application with homogeneous or heterogeneous system.The infrastructure is part of the parallel application performance monitor and analysis system(PAPMAS) and is composed of two modules which are scalable data transmission module and data storage module.The paper analyzes and elaborates this infrastructure in detail with respect to its design and implementation.Furthermore,some experiments are carried out to verify the rationality and high efficiency of this infrastructure that could be adopted to meet the practical needs.     

软件化锁相环数据并行方法研究

信号处理速度是衡量软件化锁相环性能的重要指标之一。以往的软件化锁相环采用基于数据冗余的并行处理方法,但冗余数据量的引入导致计算机资源浪费、效率降低等问题。因此,设计了一种基于数据块和冗余数据段双重动态划分的并行化处理方法,给出了数据动态划分策略,通过计算机模拟比较了新型并行环路与传统环路的性能。仿真结果表明,数据段动态划分的方法不仅使得跟踪的性能更好,处理结果更完备,把失锁造成的数据缺失减到最小,而且避免了数据冗余并行化方法因计算量增加而使效率降低等问题。