基于GPU的顆粒離散元計算方法研究.pdf

1、離散元方法(Discrete Element Method)是將計算的對象離散成大量相互獨立的單元，并定義單元間相互作用的方法。通過離散元的方法可以解決很多現(xiàn)實中的問題，如模擬泥石流、滑坡等地質(zhì)災害，對于傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)，在解決DEM問題上存在著局限性。尤其是在大規(guī)模DEM計算上，近些年發(fā)展緩慢。
　　本文是基于GPU實現(xiàn)大規(guī)模DEM的并行計算。目前，并行計算是提高算法性能的主要方式，無論是大規(guī)模集群系統(tǒng)還是個人電腦，甚至是智能手

2、機，都將性能的提升寄托于并行計算。曾主要用于計算機可視化和圖形圖像處理的GPU芯片，內(nèi)部具有大量的并行計算單元，有著天然的并行優(yōu)勢。
　　并行計算在大規(guī)模離散元計算方面有著重要的意義。本文的并行計算過程中是基于大規(guī)模的顆粒離散元基于GPU平臺，通過CUDA編程工具，完成了包括顆粒與三角形邊界面碰撞檢測和數(shù)據(jù)更新的并行判斷，整個系統(tǒng)的實現(xiàn)是由CPU和GPU來實現(xiàn)的，對于計算前的數(shù)據(jù)準備和數(shù)據(jù)的輸出都是有CPU來完成的，其中主要的接觸

3、判斷和力學計算是由GPU來完成。顆粒數(shù)量可達到百萬級別的，通過與串行系統(tǒng)的比較，計算出加速比，通過顆粒系統(tǒng)的動態(tài)顯示系統(tǒng)軟件對系統(tǒng)計算的結果進行了顯示。
　　本文通過多種方法進行對并行計算系統(tǒng)進行了優(yōu)化，通過使用NVIDIA Profiler對并行計算的三個主要的內(nèi)核函數(shù)進行系統(tǒng)的分析，針對不同結構的函數(shù)使用不同的優(yōu)化方式，在顆粒與顆粒的接觸判斷核函數(shù)中，鄰居的搜索是關鍵，通過對網(wǎng)格法的計算，確定出最優(yōu)的并行模式下網(wǎng)格劃分，優(yōu)化后