不可壓縮管流數(shù)值模擬中的算法并行化研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算流體力學(xué)研究問(wèn)題規(guī)模的不斷增大，并行計(jì)算機(jī)成為了高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，針對(duì)流體流動(dòng)數(shù)值模擬的并行模型以及并行算法研究已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿課題。磁流體力學(xué)中關(guān)于不可壓縮管流問(wèn)題的數(shù)值模擬研究是聚變反應(yīng)堆雙冷或者雙功能液態(tài)鋰鉛包層的研究熱點(diǎn)之一。在實(shí)際的數(shù)值模擬當(dāng)中，外加磁場(chǎng)和流動(dòng)的液態(tài)金屬的相互作用以及網(wǎng)格要求的特殊性導(dǎo)致網(wǎng)格規(guī)模大及迭代求解過(guò)程緩慢，因此必須采用CFD(Computati

2、onal Fluid Dynamics)并行算法才能很好的完成不可壓縮管流問(wèn)題的數(shù)值模擬。
　　本文在閱讀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究了CFD領(lǐng)域相關(guān)的并行技術(shù)，對(duì)當(dāng)前不可壓縮管流問(wèn)題數(shù)值模擬中的串行算法進(jìn)行了并行化研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)值模擬中的非規(guī)則問(wèn)題，提高了并行算法執(zhí)行的效率。
　　首先，本文針對(duì)基于SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equatio

3、ns)算法的三維穩(wěn)態(tài)不可壓縮管流問(wèn)題進(jìn)行研究，提出一種基于迭代空間劃分的多層對(duì)稱交錯(cuò)條塊式并行算法。與傳統(tǒng)的區(qū)域分解并行方法相比，該算法通過(guò)將網(wǎng)格條塊的執(zhí)行順序引入到了串行算法的執(zhí)行順序中，提高了串行算法的數(shù)據(jù)局部性；通過(guò)對(duì)迭代空間進(jìn)行區(qū)域分解和條塊重新排序，實(shí)現(xiàn)了迭代算法的并行化；算法使用交錯(cuò)條塊技術(shù)，通過(guò)對(duì)迭代空間進(jìn)行沿時(shí)間軸方向的劃分，有效的減少了迭代過(guò)程的通信和同步開銷；最后通過(guò)編寫FORTRAN程序，在大規(guī)模集群環(huán)境下進(jìn)行了上

4、述兩種并行化算法的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于迭代空間劃分的多層對(duì)稱交錯(cuò)條塊式并行算法在局部性和并行性方面均有較大優(yōu)勢(shì)，有效地提高了三維穩(wěn)態(tài)不可壓縮管流數(shù)值模擬中算法執(zhí)行的效率。
　　其次，針對(duì)不可壓縮管流問(wèn)題的數(shù)值模擬中的非規(guī)則問(wèn)題，本文提出面向分布式集群的非規(guī)則迭代的DII-I/E模型，通過(guò)運(yùn)行時(shí)并行交錯(cuò)條塊策略，提高非規(guī)則迭代算法的并行執(zhí)行性能。在Inspector階段，通過(guò)運(yùn)行時(shí)分析數(shù)據(jù)的存取模式，根據(jù)空間條塊生成策略將數(shù)據(jù)空

5、間和迭代空間進(jìn)行重排，產(chǎn)生新的運(yùn)行時(shí)調(diào)度和通信策略；在Executor階段通過(guò)執(zhí)行Inspector階段產(chǎn)生的調(diào)度和通信策略，提高了非規(guī)則迭代計(jì)算的數(shù)據(jù)局部性和算法的并行性。此外，本文構(gòu)造了該算法的性能自動(dòng)調(diào)優(yōu)器，通過(guò)探測(cè)找到效率最優(yōu)情況下的參數(shù)組合，并固定其參數(shù)值，便于以后系統(tǒng)調(diào)用該算法時(shí)，實(shí)現(xiàn)算法在該體系結(jié)構(gòu)下的運(yùn)行效率最優(yōu)。
　　最后，對(duì)本文的工作進(jìn)行總結(jié)，指明本文的成果與貢獻(xiàn)，并對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望，可以嘗試提高不可壓縮