高可扩展格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是计算流体力学中的一种常用方法.由于LBM中的格点仅与相邻的格点间存在数据传递,因此具有良好的并行性.LBM并行算法中的数值通信部分通常采用的是格点上的微观量——分布函数.每次传递的分布函数具有多个不同的速度方向,为了进一步减少LBM并行算法的通信开销,从格子 Boltzmann方法的物理特性以及相应的串行程序为切入点,深层次地挖掘可并行的因子,设计了专门用于通信面的类,使用数量较少的宏观量进行通信,降低了通信所占的比重,缩短了通信时间,提高了加速比和效率.实验表明,在4 096个计算核上依然有良好的加速比和效率.     

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.     

面向集群环境的虚拟化GPU计算平台

针对集群系统的多节点多GPU环境,提出一种新型虚拟化GPU计算平台。该平台实现对集群系统所有节点上GPU资源的统一抽象与管理,构建公共GPU资源池。原有GPU应用程序可以不经任何修改而迁移到虚拟化GPU计算平台,并具备访问资源池内任何GPU的能力,编程人员无需显式针对多节点多GPU应用展开MPI编程。应用程序摆脱了单个节点上GPU资源的限制,并具备无差别地访问集群系统中任何可用GPU资源的能力,能有效提高系统总体资源利用率以及吞吐量。采用流水化通信技术,实现对虚拟化GPU计算平台的运行时开销以及节点间数据传输延迟的隐藏。实验表明:与非流水化通信相比,系统总体数据传输延迟降低了50%~70%,具备与节点机本地数据传输等同的通信性能。      

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。      

基于扩充Modelica的复杂系统多层次并行仿真

为提高复杂系统多学科建模仿真效率,弥补现有多领域统一建模仿真语言(Modelica)不支持并行的缺陷,提出了一个面向复杂系统建模仿真的多层次并行仿真框架,从仿真任务级、实体级和模型级3个应用层次上充分发掘仿真系统的并行性.将MPI(Message Passing Interface)/OpenMP中的并行元素加入Modelica语言,并通过所提出的代码映射机制将Modelica文本转换为支持并行编程的高级代码(C++),再利用一定的任务分配机制将高级代码在多层次并行平台(多核集群)上高效执行.针对某典型军事复杂系统优化迭代过程进行仿真实验,结果表明上述多层次并行仿真方法能大幅提高仿真效率.     

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。     

An efficient large-scale mesh deformation method based on MPI/OpenMP hybrid parallel radial basis function interpolation

An efficient MPI/OpenMP hybrid parallel Radial Basis Function (RBF) strategy for both continuous and discontinuous large-scale mesh deformation is proposed to reduce the computational cost and memory consumption. Unlike the conventional parallel methods in which all processors use the same surface displacement and implement the same operation, the present method employs different surface points sets and influence radius for each volume point movement, accompanied with efficient geometry searching strategy. The deformed surface points, also called Control Points (CPs), are stored in each processor. The displacement of spatial points is interpolated by using only 20–50 nearest control points, and the local influence radius is set to 5–20 times the maximum displacement of control points. To shorten the searching time for the nearest control point clouds, an Alternating Digital Tree (ADT) algorithm for 3D complex geometry is designed based on an iterative bisection technique. Besides, an MPI/OpenMP hybrid parallel approach is developed to reduce the memory cost in each High-Performance Computing (HPC) node for large-scale applications. Three 3D cases, including the ONERA-M6 wing and a commercial transport airplane standard model with up to 2.5 billion hybrid elements, are used to test the present mesh deformation method. The robustness and high parallel efficiency are demonstrated by a wing deflection case with a maximum bending angle of 45° and more than 80% parallel efficiency with 1024 MPI processors. In addition, the availability for both continuous and discontinuous surface deformation is verified by interpolating the projecting displacement with opposite directions surface points to the spatial points.     

多块网格网络并行计算中的负载分配研究

针对CFD中多块网格计算的特点，并使用MPI网络并行系统，对某战斗机绕流进行了基于三维Euler方程的并行计算，主要研究了多块网格并行计算中负载的分配方法，发展了负载自动分配和网格自动重分区程序，计算结果表明：并行计算结果和实验结果完全吻合，8个节点机的并行效率达到了89％。     

CFD中高阶格式的分区并行计算研究

结合高阶WENO格式和分区并行方法,在基于MPI平台的COWs和MPP上实现了CFD高阶格式的分区并行计算.高阶格式具有在光滑区高阶、间断区高分辨率等优点,但计算量较大;分区的方法能够有效地将CFD问题划分成可并行执行的交互式子问题,提高计算速度.通过典型计算可以看出算法不但保持了高阶WENO格式的优良性质,而且减少了程序运行的墙上时间.     

MPI环境下并行程序准确性验证及效率分析

把已有的串行数值模拟程序改编成消息传递接口(MPI)下并行环境的并行数值模拟程序,模拟了基于NASA-TP1680单级透平的4种不同组合的流场,验证了并行程序的有效性和较好的并行效率.同时,分析了影响并行效率的主要因素.