检索结果-内蒙古大学图书馆

核动力工程 2014年第S2期35卷 135-139页

作者：吴文斌李庆王侃中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610041 清华大学工程物理系北京100084

2D/1D耦合方法求解三维输运方程具有快速、精确的优点;通常的2D/1D耦合方法利用轴向和角度方面的并行度,不能进行大规模并行计算。本研究在三维粗网有限差分(CMFD)框架下,径向采用区域分解并行的矩阵特征线方法(MOC),轴向采用扩散有限差... 详细信息

2D/1D耦合方法求解三维输运方程具有快速、精确的优点;通常的2D/1D耦合方法利用轴向和角度方面的并行度,不能进行大规模并行计算。本研究在三维粗网有限差分(CMFD)框架下,径向采用区域分解并行的矩阵特征线方法(MOC),轴向采用扩散有限差分,综合利用2D/1D耦合方法径向和轴向的并行度,基于消息传递接口(MPI)实现大规模的并行计算,编写了Tiger-3D程序。数值验证表明,Tiger-3D程序具有良好的计算精度和较高的计算效率。

关键词： 2D/1D耦合方法全堆输运计算大规模并行计算

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基于大规模并行计算的三维多群中子扩散方程有限差分方法

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强激光与粒子束 2017年第8期29卷 137-142页

作者：吴文斌于颖锐向宏志甯忠豪李庆中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610041

三维多群中子扩散方程的精确、高效求解是核动力堆芯设计及燃料管理的基础。应用有限差分方法求解该方程具有简便、精确、成熟的优点;然而,该方法的计算量和存储量均较大,极大地限制了它的计算规模和应用范围。本文基于大规模并行计算,... 详细信息

三维多群中子扩散方程的精确、高效求解是核动力堆芯设计及燃料管理的基础。应用有限差分方法求解该方程具有简便、精确、成熟的优点;然而,该方法的计算量和存储量均较大,极大地限制了它的计算规模和应用范围。本文基于大规模并行计算,研究三维多群中子扩散方程有限差分方法:采用中心有限差分格式离散中子扩散方程;基于MPI并行编程模型,采用空间区域分解的方式实现大规模并行计算;采用多群多区域耦合PGMRES算法进行并行加速。在集群服务器上开发了ParaFiDi程序,并采用IAEA3D,PHWR等多个基准题对该程序进行验证。数值结果表明,ParaFiDi程序具有较高的计算精度和计算效率。

关键词：三维多群中子扩散方程有限差分方法大规模并行计算区域分解算法多群多区域耦合PGMRES算法

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面向应用的加速器增强型异构系统大规模并行计算关键技术研究

面向应用的加速器增强型异构系统大规模并行计算关键技术研究

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作者：柴俊国防科学技术大学

学位级别：博士

大规模科学与工程计算已经成为当前科学研究不可或缺的重要手段,极大地推动了科技的发展和人类的进步。当前超级计算机已经进入千万亿次(Peta-scale)浮点计算能力的时代,但诸如高能核物理、材料化学、生命科学等一系列挑战性计算应用表... 详细信息

大规模科学与工程计算已经成为当前科学研究不可或缺的重要手段,极大地推动了科技的发展和人类的进步。当前超级计算机已经进入千万亿次(Peta-scale)浮点计算能力的时代,但诸如高能核物理、材料化学、生命科学等一系列挑战性计算应用表现出对百亿亿次级(Exascale)计算能力的超高需求。由于GPU、MIC(又称Xeon Phi coprocessor)等加速器的性能功耗比优势,基于加速器搭建异构超级计算机已经成为高性能计算领域从P级到E级发展的重要趋势,如基于NVIDIA GPU加速器的天河-1A,和基于Intel新型MIC加速器的天河-2。领域应用软件是发挥E级计算系统能力的保障。然而,异构体系结构在缓解通信墙、可靠性墙和能耗墙的同时,加剧了编程墙。因此,如何快速地开发大规模并行应用程序,高效率地发挥当前高性能异构系统的性能,已经成为当前异构并行计算研究面临的一个挑战性问题。我国自主研发高性能超级计算机系统的能力已达到国际顶尖水平,然而与其不相匹配的是,我国的高性能计算应用软件开发的水平还远远落后于国际先进水平。本文面向真实的应用领域,根据课题研究和工程项目实际结合的需要选取了3个具有一定代表性的真实大规模科学与工程计算应用(贝叶斯分析构建物种进化树,组织级心脏电生理学模拟,纳米精度的亚细胞级心脏钙离子动力学模拟),以千万亿次的天河系列异构超级计算机(天河-1A、天河-2)为研究平台,围绕真实应用软件程序开发,研究基于GPU/MIC加速的异构系统的大规模并行计算关键技术。论文工作主要集中在以下四个方面:1.当前贝叶斯分析进化树应用软件都不能同时完全利用异构超级计算机中的CPU和GPU,造成了极大的计算资源浪费。本文面向CPU-GP异构阵列,提出了对贝叶斯进化分析的一种新颖混合并行算法o MC3,使用MPI+Open MP+CUDA的混合并行编程模型,提出一个简单高效的负载划分策略,能够同时高效地利用异构系统中的CPU多核和GPU来协同计算。基于天河-1A的实验测试展示了o MC3对性能的改进和良好的扩展性,验证了负载划分策略。这是首次贝叶斯分析进化树应用扩展到数千CPU核和数百GPU并实现了高效的CPU-GPU同时计算。本文工作同时也具有通用价值,因为它讨论了混合编程技术,可以指导异构系统上其他应用的混合并行编程以及异构协同计算。2.当前缺乏基于大规模GPU阵列的组织级心电模拟设计实现和性能研究,本文基于GPU异构系统,提出了心电模拟中多种细胞模型和数值解法的大规模并行设计和实现方案,并完成了大规模性能量化分析和建模。心电模拟的多节点映射方案整体上通过数据网格的层次化域分解来并行计算任务。上层用MPI多进程开发节点间并行性,下层用CUDA多线程开发GPU众核并行性。数值求解的GPU kernel实现考虑了GPU众核并行度的线程粒度设计,以及局域性的GPU层次存储访问设计。实验在天河-1A上使用多达128个GPU,测试并详细量化分析了三种不同的模型和解法搭配的实现性能。本文研究首次给出了一个在超过100GPU的大规模GPU阵列上完成的心电模拟的性能真实预期。3.由于巨大的计算需求,当前缺乏纳米精度的心脏亚细胞级钙动力学数值模拟。本文基于新型CPU-MIC异构系统,提出了接近纳米精度的亚细胞级钙动力学数值模拟的一种并行设计与实现方案,并在天河-2上获得了真实的模拟结果。联合使用向量化,层次化cache数据分块,寄存器重用等优化手段来克服编程新型MIC体系结构的挑战。并行设计有效开发了单MIC、单节点、多节点的层次化并行。在天河-2上的实验使用多达4096个计算节点(12288个MIC协处理器)获得了1.27 Pflop/s的双精度性能,同时展现了良好的强/弱扩展性。实际获得并分析了一个心肌纤维节在3nm精度长达24ms的模拟结果,使得纳米级精度的模拟更加接近为生物医学领域提供了研究依据。本文是首次在3nm精度上提出了亚细胞钙波动产生和传播模型并获得和分析了模拟结果。4.针对在异构阵列中节点内多MIC和host的高效协同计算问题,本文提出了一种基于节点内多MIC异构阵列,面向Stencil结构化网格计算类应用的并行编程框架MOCS。其包括一个混合并行编程模型的框架抽象、负载划分及流水线式通信优化策略、以及具体的编程实现步骤。其基于Intel MIC软件栈中的两种底层API:COI+SCIF,混合使用MPI+Open MP+COI+SCIF编程,并通过合理负载划分,节点内和节点间通信优化,实现混合多层次并行计算。实验以一个真实3维7点stencil计算网格应用作为例子,按照此框架实现并在天河-2上进行了测试。结果表明,MOCS能较好地解决节点内多MIC阵列的多层次并行,通信隐藏以及CPU-MIC协同计算问题。本文是首次给出了一个在新型

关键词： GPU/MIC异构系统大规模并行计算混合编程模型天河系列超级计算机贝叶斯进化分析心电模拟

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大规模并行计算的飞行器颤振研究

大规模并行计算的飞行器颤振研究

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第十届全国空气弹性学术交流会

作者：史爱明梁强杨永年叶正寅西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室

本文研究以多台微机组成的实验型分布式计算机系统为硬件基础,利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格,以Navier-Stokes方程为流动控制方程,求解三维机翼和翼/身/尾简化全机组合体复杂外形的跨音速非定常气动力,并与颤振方程耦... 详细信息

本文研究以多台微机组成的实验型分布式计算机系统为硬件基础,利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格,以Navier-Stokes方程为流动控制方程,求解三维机翼和翼/身/尾简化全机组合体复杂外形的跨音速非定常气动力,并与颤振方程耦合迭代计算,求解飞行器广义位移响应的时间历程,根据广义位移的时间历程的衰减、等幅和发散振荡等情况确定飞行器跨音速颤振临界条件。通过算例验证,计算结果与实验结果和理论分析相吻合。将本文的飞行器跨音速颤振特性并行计算程序从PVM改造为MPI后,移植于上海超级计算中心巨型并行机"曙光4000A"上,通过网络远程控制进行超临界机翼跨音速颤振特性计算研究。

关键词：跨音速颤振 N-S方程大规模并行计算 MPI

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大规模并行计算的飞行器颤振研究

大规模并行计算的飞行器颤振研究

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第十届全国空气动力弹性学术交流会

作者：史爱明梁强杨永年叶正寅西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072

本文研究以多台微机组成的实验型分布式计算机系统为硬件基础，利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格，以Navier-Stokes方程为流动控制方程，求解三维机翼和翼/身/尾简化全机组合体复杂外形的跨音速非定常气动力，并与颤振方... 详细信息

本文研究以多台微机组成的实验型分布式计算机系统为硬件基础，利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格，以Navier-Stokes方程为流动控制方程，求解三维机翼和翼/身/尾简化全机组合体复杂外形的跨音速非定常气动力，并与颤振方程耦合迭代计算，求解飞行器广义位移响应的时间历程，根据广义位移的时间历程的衰减、等幅和发散振荡等情况确定飞行器跨音速颤振临界条件.通过算例验证，计算结果与实验结果和理论分析相吻合.将本文的飞行器跨音速颤振特性并行计算程序从PVM改造为MPI后，移植于上海超级计算中心巨型并行机"曙光4000A"上，通过网络远程控制进行超临界机翼跨音速颤振特性计算研究.

关键词：飞行器跨音速颤振大规模并行计算广义位移响应时间历程

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基于宏观粒子方法直接数值模拟的气固系统大规模并行计算

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数据与计算发展前沿 2008年第3期 12-19页

作者：熊勤钢葛蔚中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重实验室

气固系统由于其时空多尺度结构和非线性非平衡特性特征,其机理还远未认识清楚。本文从直接数值模拟的角度论述了宏观粒子方法在气固系统机理探索中的应用。首先论述了宏观粒子方法的发展过程及其初期应用,随后介绍此方法的大规模并行计... 详细信息

气固系统由于其时空多尺度结构和非线性非平衡特性特征,其机理还远未认识清楚。本文从直接数值模拟的角度论述了宏观粒子方法在气固系统机理探索中的应用。首先论述了宏观粒子方法的发展过程及其初期应用,随后介绍此方法的大规模并行计算的算法框架和性能,最后回顾了利用此方法的大规模并行模拟上千个固体颗粒的结果及所得到的重要结论。在本文的结尾,对宏观粒子方法对气固系统的未来工作做了一点展望。

关键词：气固系统直接数值模拟大规模并行计算宏观粒子方法

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基于宏观粒子方法直接数值模拟的气固系统大规模并行计算

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科研信息化技术与应用 2008年第3期 12-19页

作者：熊勤钢葛蔚中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重实验室北京100190

关键词：气固系统直接数值模拟大规模并行计算宏观粒子方法

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大规模MPI并行计算的可扩展三模冗余容错机制

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软件学报 2012年第4期23卷 1022-1035页

作者：王之元杨学军周云国防科学技术大学计算机学院湖南长沙410073

随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并... 详细信息

随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制.

关键词：容错机制可扩展性三模冗余大规模并行计算 MPI

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基于计算地球动力学的大规模并行计算环境与应用

基于计算地球动力学的大规模并行计算环境与应用

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中国地球物理第二十一届年会

作者：张怀石耀霖曹建玲朱桂芝中国科学院研究生院计算地球动力学实验室中国科学院研究生院计算地球动力学实验室中国科学院研究生院计算地球动力学实验室中国科学院研究生院计算地球动力学实验室

海量数据处理和大规模数值模拟已经成为当代计算地球动力学研究的主要手段和主要特色之一。近些年来,应用于地球系统科学中的观测和试验手段和能力大大加强和提高。如GPS和GIS系统的出现,各种现代化数字式海洋和高空大气传感器的使用,... 详细信息

海量数据处理和大规模数值模拟已经成为当代计算地球动力学研究的主要手段和主要特色之一。近些年来,应用于地球系统科学中的观测和试验手段和能力大大加强和提高。如GPS和GIS系统的出现,各种现代化数字式海洋和高空大气传感器的使用,使得广大从事地球动力学研究的科研工作者们每天都要面对海量的地球科学的数据。尤其是各种科学和资源探测卫星的使用,让人们已经能够从更高,更广,更精确的角度去观察,

关键词：地球动力学科研工作者数值模拟地球科学领域大规模并行计算

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CUDA:大规模并行计算的利器

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程序员 2009年第3期 83-83页

让我们仔细研究一下这对于CUDA的意义。对于许多应用程序,最重要的新功能是硬件双精度算术运算。NVIDIA GPU的速度和大规模的并行性为大众带来了超级计算。处理超大型问题和数据集时,数字噪音可以快速积累(由于浮点不准确性),从而导致... 详细信息

让我们仔细研究一下这对于CUDA的意义。对于许多应用程序,最重要的新功能是硬件双精度算术运算。NVIDIA GPU的速度和大规模的并行性为大众带来了超级计算。处理超大型问题和数据集时,数字噪音可以快速积累(由于浮点不准确性),从而导致垃圾结果。例如,

关键词： CUDA 大规模并行计算双精度单精度浮点数存储器带宽线程

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