并行计算性能可视化方法研究

分布式并行系统中,并行程序通常表现出比传统串行程序复杂得多的行为。影响并行程序性能的各种因素的交互作用,使得获得好的并行计算性能成为系统设计者和用户所面临的极大挑战。近年来的研究表明,并行程序的性能可视化方法和工具在帮助用户理解并行程序行为和优化性能等方面起到了很大的作用,成为各种并行性能分析优化工具不可缺少的一部分。本文较为系统全面地综述了并行计算性能可视化方法研究的发展状况,讨论了其面临的主要困难及可能的解决方法,并指出了未来的若干研究方向。     

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。     

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.     

飞行器性能数据的可视化研究

随着计算机编程和计算技术的发展,数据可视化技术已广泛应用于科学和工程计算领域.本文以飞行器巡航性能数据的可视化为例,采用二维图形几何变换和曲线拟合变换实现了对飞行器性能数据的可视化.     

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.     

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.     

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.     

民用飞机健康诊断大数据应用研究

该文对面向飞机健康诊断的几种大数据技术进行了综述。并行聚类分析方法可以抽取飞机维护系统并行计算机的基本特征,形成飞机各系统历史数据的抽象计算模型;而针对全机状态监控参数中如何从大量飞机参数中挖掘出有价值的信息问题,参数场域挖掘技术发挥了很大的作用;然而在实际应用过程中,经常会遇到多种复杂的故障,这些故障通常具有复杂的非线性关系,而要确定这些非线性相关规则,需要依托大数据技术确定相关的关系;而对于由某一部件失效形成飞机级联故障的链式效应,可利用可视化数据挖掘技术,描述故障数据,结合人类视觉感知能力,加强数据结果处理。     

面向对象技术在CFD分区并行计算中的应用研究

结合面向对象和分区的方法,在C0Ws和MPP系统上实现了面向对象、分区并行的CFD算法.通过分区的方法,将CFD计算划分成可并行执行的交互式子问题;通过面向对象的分析,提出了CFD计算对象及其层次关系模型,它合理地组织了CFD中复杂的计算关系,提高了CFD程序的可维护、可重用性.CFD对象自然地表达了分区并行的模型,在MPI平台的支持下并行程序的设计较为简单,且形成的程序具有良好的可移植性.通过分析及算例应用可以看出面向对象、分区并行方法对整体解的影响较小,减少了程序运行的墙上时间,能够应用于大型、复杂的流动分析.     

类天宫飞行器轨道衰降过程空气动力特性一体化建模并行优化设计

针对天宫一号目标飞行器无控飞行轨道衰降数值预报需要快速确定轨道积分高精度计算模型中的空气动力,在发展基于修正Boettcher/Legge非对称桥函数的天宫一号空气动力特性当地化算法基础上,对当地化算法的运算流程及对应程序代码进行了整体分析,根据原程序热点代码集中、数据独立性强及传输需求少等特点,发展了多核处理单元的并行优化方法。引入CUDA架构的GPU设备同时,开展了系统、算法以及语句三个层次的并行优化,设计了GPU内存对齐访问方案,使用数据传输函数,将算法求解部分内循环经过展开与合并,整理为整体移植入核函数的一个循环,利用GPU较强的并行计算能力提升运算效率,对函数、循环、指令等代码语句进行级别优化。使用设计的并行计算方案对类天宫飞行器空气动力特性当地化串行算法程序进行CPU+GPU移植优化,达到了近5倍的并行加速比,且使单次求解中GPU数据传输时间缩减为原来的23%,证实了并行方案和优化设计手段的高效实用性。在类天宫飞行器空气动力特性GPU并行算法程序验证基础上,使用GPU并行程序对天宫飞行器轨道衰降飞行340～120 km过程的气动特性进行了不同迎角、侧滑角等飞行姿态计算分析,提供了大量可供轨道飞行力学数值预报的空气动力计算数据。