不可壓縮管流數(shù)值模擬中的算法并行化研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著高性能計算機技術(shù)的發(fā)展和計算流體力學(xué)研究問題規(guī)模的不斷增大，并行計算機成為了高性能計算機發(fā)展的趨勢，針對流體流動數(shù)值模擬的并行模型以及并行算法研究已成為當前國內(nèi)外備受關(guān)注的熱點和前沿課題。磁流體力學(xué)中關(guān)于不可壓縮管流問題的數(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之一。在實際的數(shù)值模擬當中，外加磁場和流動的液態(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題的數(shù)值模擬。
　　本文在閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，研究了CFD領(lǐng)域相關(guān)的并行技術(shù)，對當前不可壓縮管流問題數(shù)值模擬中的串行算法進行了并行化研究，并在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化數(shù)值模擬中的非規(guī)則問題，提高了并行算法執(zhí)行的效率。
　　首先，本文針對基于SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equatio

3、ns)算法的三維穩(wěn)態(tài)不可壓縮管流問題進行研究，提出一種基于迭代空間劃分的多層對稱交錯條塊式并行算法。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；通過對迭代空間進行區(qū)域分解和條塊重新排序，實現(xiàn)了迭代算法的并行化；算法使用交錯條塊技術(shù)，通過對迭代空間進行沿時間軸方向的劃分，有效的減少了迭代過程的通信和同步開銷；最后通過編寫FORTRAN程序，在大規(guī)模集群環(huán)境下進行了上

4、述兩種并行化算法的數(shù)值模擬實驗，驗證了基于迭代空間劃分的多層對稱交錯條塊式并行算法在局部性和并行性方面均有較大優(yōu)勢，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，針對不可壓縮管流問題的數(shù)值模擬中的非規(guī)則問題，本文提出面向分布式集群的非規(guī)則迭代的DII-I/E模型，通過運行時并行交錯條塊策略，提高非規(guī)則迭代算法的并行執(zhí)行性能。在Inspector階段，通過運行時分析數(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、間和迭代空間進行重排，產(chǎn)生新的運行時調(diào)度和通信策略；在Executor階段通過執(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調(diào)優(yōu)器，通過探測找到效率最優(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，實現(xiàn)算法在該體系結(jié)構(gòu)下的運行效率最優(yōu)。
　　最后，對本文的工作進行總結(jié)，指明本文的成果與貢獻，并對下一步工作進行了展望，可以嘗試提高不可壓縮