非结构CFD软件MPI+OpenMP混合并行及超大规模非定常并行计算的应用

常规工程应用中，非定常数值模拟（如多体分离）的计算量十分巨大，如果为了达到更高的计算精度，加密网格或者采用高精度方法将会使得计算量进一步增大，导致非定常数值模拟在CFD工程应用中成为十分耗时和昂贵的工作，因此，提高非定常数值模拟的可扩展性和计算效率十分必要。为充分发挥既有分布内存又有共享内存的多核处理器的性能和效率优势，对作者团队开发的非结构网格二阶精度有限体积CFD软件（HyperFLOW）进行了混合并行改造，在计算节点间采用MPI消息传递机制，在节点内采用OpenMP共享内存的MPI+OpenMP混合并行策略。首先分别实现了两种粒度（粗粒度和细粒度）的混合并行，并基于国产in-house集群采用CRM标模（约4 000万网格单元）定常湍流算例对两种混合并行模式进行了测试和比较。结果表明，粗粒度在进程数和分区数较少的小规模并行时具有效率优势，16线程时效率较高；而细粒度混合并行在大规模并行计算时具有优势，8线程时效率较高。其次，验证了混合并行在非定常计算情况下的可扩展性，采用机翼外挂物投放标模算例，分别生成3.6亿和28.8亿非结构重叠网格，采用对等的（P2P）网格读入模式和优化的重叠网格隐式装配策略，网格读入和重叠网格装配耗时仅需数十秒；采用3.6亿网格，完成了非定常状态效率测试及非定常分离过程的湍流流场计算，在in-house集群上12 288核并行效率达到90%（以768核为基准），在天河2号上12 288核并行效率达到70%（以384核为基准），数值模拟结果与试验结果符合良好。最后，在in-house集群上采用28.8亿非结构重叠网格进行了4.9万核的并行效率测试，结果显示，4.9万核并行效率达到55.3%（以4 096核为基准）。     

多核处理器平台上使用OpenMP编译指令优化n皇后算法

简要介绍了OpenMP多线程编程模型,对n皇后算法进行了改进并在多核处理器平台上使用OpenMP编译指令进行优化。优化后的算法运行速度有了显著提高。     

MPI＋OpenMP算法在三维可压缩流场计算中的应用

在多核CPU集群并行体系结构下,采用MPI＋OpenMP的混合并行算法,对可压缩流场进行数值模拟,并在计算时间上与MPI算法进行比较。流场计算的控制方程为Euler方程,空间离散采用Jameson中心差分格式,时间离散采用R-K法,并行模式采用Master/Slave模式。通过对M6机翼和某弹丸采用多种并行方法进行流场的数值模拟,得出MPI＋OpenMP混合算法在一定条件下具有高效性的结论。     

Ka频段有源瓦片天线的设计

有源相控阵天线广泛应用于弹载、星载、舰载、机载雷达及电子对抗、汽车自动驾驶等领域。按照T/R组件和天线的集成方式不同,相控阵天线分为瓦片式结构和砖块式结构。传统的砖式结构,多路合成体积过大、损耗过高且造价昂贵,采用微组装工艺生产,量产良品率低。介绍了一种瓦片式有源天线,给出了天线样机的典型性能指标,工艺实现简单,具有轻型化、小型化、低成本及高可靠等特点。针对瓦片天线设计中的难点、垂直互联技术和复杂的馈电网络,结合理论分析进行了仿真设计。为了验证相控阵天线的性能,在微波暗室对天线进行了测试。测试结果表明,设计的瓦片天线法向EIRP>31dBW,G/T>-4dB/K,扫描至45°时EIRP>29dBW,G/T>-6dB/K,发射状态功耗小于10W,接收状态功耗小于6W。     

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.     

Numerical orbit integration based on Lie series with use of parallel computing techniques

This article outlines necessary steps to perform numerical orbit integrations based on a Lie series approach. Its implementation requires an efficient evaluation of resulting series coefficients. As an example we treat the classical main problem in satellite orbit calculation (_J2$J_2$ only) and the case of a 4×4$4\times 4$-gravity field. All calculations were performed in very high precision with up to 100 significant digits. In comparison to independent third party computations this approach led to superior results referring to the verifiable constancy of various integrals of motion. To achieve a performance similar to classical numerical integrations in terms of acceptable computing time, at least for non-Keplerian motion problems, we exploited parallel computing capabilities. For our examples, run times were improved by several orders of magnitude, depending on the actual chosen precision level (up to a factor of 50,000 in case of double precision). Here we present the mathematical framework of the proposed orbital integration scheme as well as the work flow for its application in a multi-core, parallel computing environment.     

有限元的OpenMp并行计算技术

传统有限元串行计算技术耗时长、效率低,已远远不能满足工程实践需要。通过分析串行计算的耗时分布、程序可并行性及数据相关性,在保持串行程序不变的基础上,采用基于多线程的OpenMP技术实现单元刚度矩阵形成总体刚度矩阵的程序并行化。针对有限元计算机翼实例进行了不同线程数目下并行加速比的研究,结果表明,OpenMP技术可有效提高有限元计算效率,且存在一个最佳的线程数,使得并行加速比达到最大,此外加速比还与问题的计算量等因素有关。     

适用于混合网格的改进雅可比迭代法及其应用

LU-SGS因有较高的鲁棒性和小的内存需求而得到广泛应用,然而用于混合网格计算前需要进行网格排序和分组来实现算法并行;此外,LU-SGS格式收敛效率不高。针对这些缺点,本文提出了一种改进的适用于复杂混合网格的雅可比迭代方法,无需网格排序和分组就可实现算法的并行化,且有较快的收敛速度。该方法编程实现简单,易于采用OpenMP实现并行。算例研究表明,相比于LU-SGS格式,在各来流条件下,本文提出的方法收敛速度更快,鲁棒性好,并行和串行结果一致,且内存需求增加很少。      

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 s...     

高分辨率星载SAR并行成像处理系统设计

针对高分辨率星载SAR成像处理流程的特点,提出一种高分辨率星载SAR并行成像处理系统方案。该系 统能完成星载SAR数据预处理、轨道参数及多普勒参数计算、多普勒参数估计、成像处理以及辐射校正等功能。系统采 用模块设计,具有很强的向后兼容和可扩展性;同时,基于多CPU高性能计算机的并行结构,使系统具有很高的实时性。 测试证明系统设计合理和有效。