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第八届全国激光技术与光电子学学术会议

作者：董全力仲佳勇施建荣江少恩丁永坤蒋柏彬杜凯华能乔占峰黄奎喜陈明王首钧贺贤土郁明阳刘全生王水唐永健朱健强赵刚盛政明张杰袁大伟陆全明黄灿刘勋李玉同林晓宣魏会冈鲁东大学物理与光电工程学院山东烟台 264205 中国科学院物理研究所光物理重点实验室北京 100190 中国科学院国家天文台光学天文重点实验室北京 100012 中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳 621900 中国科学院高功率激光物理重点实验室上海 201800 中国科学院物理研究所光物理重点实验室北京 100190 北京应用物理与计算数学研究所北京 100094 浙江大学物理系聚变科学理论与模拟研究所浙江杭州 310027 浙江大学物理系聚变科学理论与模拟研究所浙江杭州 310027 鲁尔大学理论物理研究所德国波鸿 D-44780 马里兰大学帕克分校物理系美国马里兰 University Park 20742 中国科学技术大学中国科学院基础等离子体物理重点实验室安徽合肥 230026 中国科学院物理研究所光物理重点实验室北京 100190 上海交通大学物理系教育部激光等离子体物理研究重点实验室上海 200240

激光等离子体磁重联实验再现了卫星观测到的日地磁场活动特征.一方面,实验再现了太阳冕区物质抛射及耀斑结构,包括明亮的尖屋顶状环、具有微细结构的磁化等离子体团以及二者之间因为磁场拉扯而产生的二阶电流片.另一方面,实验发现存在... 详细信息

激光等离子体磁重联实验再现了卫星观测到的日地磁场活动特征.一方面,实验再现了太阳冕区物质抛射及耀斑结构,包括明亮的尖屋顶状环、具有微细结构的磁化等离子体团以及二者之间因为磁场拉扯而产生的二阶电流片.另一方面,实验发现存在三个电子扩散区(EDR),这与欧洲空间局Cluster卫星先后在2003年和2005年发现的分别处于地磁尾重联区中间部位及两侧分形线位置的两类EDR结构相似.所不同的是,在激光等离子体磁重联实验中,两类EDR在一次重联过程中产生,但中心EDR出现时间晚于两侧EDR,且其发展速度更快,喷流速度接近或者超过迎流Alfven速度.通过对太阳耀斑附近、地磁尾重联区以及激光等离子体自生磁场重联区位置等离子体的参数比较,显示三者在一定程度上具有Euler-Alfven相似性,这表明可以通过激光等离子体自生磁场的重联过程来研究其他两种等离子体中的磁重联现象.

关键词：日地磁场活动激光等离子体磁重联实验耀斑结构电子扩散区

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热传导方程三层并行差分格式初始条件的计算

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计算物理 2011年第4期28卷 488-492页

作者：左风丽崔霞袁光伟北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088

给出二维热传导问题的三层差分格式初始条件的一种显式计算方法,对于由此形成的内边界预估校正三层并行差分算法,证明稳定性和收敛性定理.并行数值试验表明,方法稳定,且与通常采用隐式格式计算初始条件的方法相比,易于程序实现;与已有... 详细信息

给出二维热传导问题的三层差分格式初始条件的一种显式计算方法,对于由此形成的内边界预估校正三层并行差分算法,证明稳定性和收敛性定理.并行数值试验表明,方法稳定,且与通常采用隐式格式计算初始条件的方法相比,易于程序实现;与已有的扰动算法相比,能大幅度减小误差.

关键词：三层差分格式初始条件稳定显式计算方法

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基于数据块视图的HDF5性能优化

基于数据块视图的HDF5性能优化

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第18届全国信息存储技术学术会议

作者： Shen Wei-chao 沈卫超 Xia Fang 夏芳 Cao Li-qiang 曹立强 Song Lei 宋磊 High Performance Computing Center Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijin 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100088

大规模数值模拟数据对可视化分析提出了挑战,I/O是影响可视化交互性能的重要因素,基于索引的数据筛选可提高可视化交互性能。大规模并行数值模拟程序使用HDF5层次化表示和存储被区域剖分的物理量数据,HDF5的数据集对象被用于存储各区域... 详细信息

大规模数值模拟数据对可视化分析提出了挑战,I/O是影响可视化交互性能的重要因素,基于索引的数据筛选可提高可视化交互性能。大规模并行数值模拟程序使用HDF5层次化表示和存储被区域剖分的物理量数据,HDF5的数据集对象被用于存储各区域上的物理量数据块。由于数据块粒度太小,不宜创建数据索引。通过在HDF5中增加新的数据块视图对象来支持数据索引在HDF5中的实现。测试表明,数据块视图可加速数据读取性能,而基于数据块视图索引可显著提升数据筛选性能。

关键词：数据块视图 HDF5抽象数据模型科学数据管理性能优化

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基于JASMIN框架的FFT并行解法器及其应用

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计算物理 2011年第4期28卷 475-480页

作者：郭红曹小林胡晓燕北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

为解决并行应用程序使用FFTW(Fastest Fourier Transform in the West)并行软件包所面临的计算规模难以扩展、数据结构变动大、实现不同数据结构间通信难度大、接口不确定等问题,在JASMIN框架内设计实现FFT并行解法器.该解法器封装了数... 详细信息

为解决并行应用程序使用FFTW(Fastest Fourier Transform in the West)并行软件包所面临的计算规模难以扩展、数据结构变动大、实现不同数据结构间通信难度大、接口不确定等问题,在JASMIN框架内设计实现FFT并行解法器.该解法器封装了数据分布存储、数据通信等并行计算细节,通过重新分布存储数据,调用一维FFT变换实现高维FFT的并行计算,并提供规范接口,支撑用户简便地实现FFT的并行计算.数值测试表明,该解法器具有很好的并行性能.该解法器已应用于激光等离子体成丝不稳定性的数值模拟并行程序,它在2048个处理器上的并行效率可达80%以上.

关键词： FFT 并行解法器 JASMIN

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集群系统运行状态监控软件设计

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华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第S1期39卷 148-152页

作者：武林平张晓霞王伟罗红兵北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

结合现有监控方法,设计并实现了一种针对集群系统关键部件的多层次、集中式监控软件.该软件的监控状态参数丰富,涵盖了部件的物理状态、节点的负载状态、节点的事件信息状态和数字电路逻辑状态这4大类运行状态;其状态数据使用数据库集... 详细信息

结合现有监控方法,设计并实现了一种针对集群系统关键部件的多层次、集中式监控软件.该软件的监控状态参数丰富,涵盖了部件的物理状态、节点的负载状态、节点的事件信息状态和数字电路逻辑状态这4大类运行状态;其状态数据使用数据库集中存储,便于历史数据的检索与分析;状态数据具有统一时钟,能够再现集群系统历史某时刻的运行时场景.在实际系统上的运行结果表明:基于该软件实现的故障在线自动处理机制能够提高系统运行稳定性及作业的成功率.

关键词：集群系统稳定性资源管理状态监控故障在线自动处理

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并行程序的指令级并行优化探讨

并行程序的指令级并行优化探讨

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2012全国高性能计算学术年会

作者： LUO Hong-Bing 罗红兵 ZHANG Xiao-Xia 张晓霞 WANG Wei 王伟 WU Lin-Ping 武林平 High performance computing center Institute of applied physics and computional mathematicsBeijing 1 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094

尽管高性能计算机性能提升越来越快，但由于其体系结构的复杂性和微处理器的复杂性，并行应用程序普遍存在性能问题，许多实际应用的持续性能通常只能达到机器峰值性能的5～10％，因而并行应用性能优化一直是高性能计算领域关注的焦点... 详细信息

尽管高性能计算机性能提升越来越快，但由于其体系结构的复杂性和微处理器的复杂性，并行应用程序普遍存在性能问题，许多实际应用的持续性能通常只能达到机器峰值性能的5～10％，因而并行应用性能优化一直是高性能计算领域关注的焦点之一。本文主要从如何提高并行程序的单任务执行效率角度进行并行程序优化的探讨，以基于JASMIN 框架实现的Euler 为例，探讨并行程序在Xeon 微处理器平台上的具体性能问题和指令级性能优化方法，并完成了Euler 程序的优化。优化后程序中的核心模块gas1dapproxy 执行时间缩短了一半以上，总运行时间减少了21～34％。性能优化实验表明：流水线效率已成为影响科学计算类实际应用程序计算效率的重要因素，需要通过降低计算语句的依赖度、减少长延迟计算数量等方法予以改进。

关键词：并行程序计算效率性能优化

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基于预算的资源管理模型

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华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第S1期39卷 125-129页

作者：罗红兵王伟张晓霞武林平北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

针对现有批作业系统中的资源管理方式在资源使用公平性和合理性、作业服务质量(QoS)与实际需求存在较大差距的问题,提出一种基于经济学原理的资源管理模型——BB-RAM模型.模型通过预算机制来实现对计算资源管理和使用的宏观控制,最终达... 详细信息

针对现有批作业系统中的资源管理方式在资源使用公平性和合理性、作业服务质量(QoS)与实际需求存在较大差距的问题,提出一种基于经济学原理的资源管理模型——BB-RAM模型.模型通过预算机制来实现对计算资源管理和使用的宏观控制,最终达到资源使用最优化和保证作业服务质量的目的.基于实际作业流的仿真结果表明该模型的作业调度的作业延误率、效益值等QoS指标,以及平均响应时间等传统评价指标都优于传统调度策略.

关键词：高性能计算机资源管理并行作业调度经济模型预算机制

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提高集群系统稳定性的自动化管理方法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第S1期39卷 144-147页

作者：魏勇邢莉武林平罗红兵北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

为了提升网格节点集群平台的稳定性,提出了一种应用于大规模集群系统的自动管理方法,将该方法部署到本单位曙光5000集群上,取得了较好运行效果.分析了曙光5000使用过程中发生的3类故障模式:计算节点死机,NIS客户端系统失效和违规作业;... 详细信息

为了提升网格节点集群平台的稳定性,提出了一种应用于大规模集群系统的自动管理方法,将该方法部署到本单位曙光5000集群上,取得了较好运行效果.分析了曙光5000使用过程中发生的3类故障模式:计算节点死机,NIS客户端系统失效和违规作业;根据每类故障的发展特征,实现了处理这些故障模式的系统故障自动管理方法;实际运行效果表明该方法能够提高作业成功率,降低计算节点失效率.

关键词：故障自动管理中国国家网格集群系统稳定性主动容错

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多核体系结构上迭代方法的通信与计算比分析

多核体系结构上迭代方法的通信与计算比分析

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2012全国高性能计算学术年会

作者： XU Xiao-Wen 徐小文 MO Ze-Yao 莫则尧 High Performance Computing Center Laboratory of Computational PhysicsInstitute of Applied Physics a 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心计算物理重点实验室北京 100094

迭代方法是科学计算中求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的方法。迭代方法的并行可扩展性能取决于迭代过程中通信与计算开销之比。稀疏矩阵与向量的乘积(SpMV)、向量与向量的内积(Dot)是迭代方法的两个基本运算，分别需要局部点对点... 详细信息

迭代方法是科学计算中求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的方法。迭代方法的并行可扩展性能取决于迭代过程中通信与计算开销之比。稀疏矩阵与向量的乘积(SpMV)、向量与向量的内积(Dot)是迭代方法的两个基本运算，分别需要局部点对点通信和全局规约通信，是影响迭代方法并行可扩展性能的主要瓶颈。多核体系结构需要并行迭代方法适应更细粒度的并行计算，通信与计算比对并行性能的影响更为突出。针对多核体系结构特征，本文分析并行迭代方法的通信与计算比。具体地，引入渐近规模，即满足加速条件的计算规模下界，来反映并行迭代方法适应细粒度计算的能力，并由此刻画通信与计算比。基于此，在一台包含128 个双路四核计算节点的并行机上(共1024 个CPU 核)，分别基于纯进程并行(MPI)和进程/线程混合并行(MPI/OpenMP)，分析了几类常用迭代方法的通信与计算比。数值结果表明，基于MPI 的纯进程并行性能受限于内积计算的渐近规模，难以适应多核体系结构上的大规模计算。基于MPI/OpenMP 的进程/线程混合并行可缓解进程间的MPI 通信开销，降低渐近规模，改善并行可扩展性能。基于这些结果，从迭代方法的算法设计和并行实现等方面讨论了面向更大规模的多核系统，降低通信与计算比的途径和方法。

关键词：高性能计算机多核体系结构迭代方法并行可扩展

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超高压下冲击波速度直接测量技术

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物理学报 2011年第2期60卷 417-422页

作者：王峰彭晓世刘慎业李永升蒋小华丁永坤中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法.利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化.从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660nm时比探... 详细信息

针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法.利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化.从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660nm时比探针光波长为532nm时获得的冲击波阵面反射率要高.对探测器"致盲"问题也进行了研究.通过分析反射信号的时间顺序和强度大小,发现"致盲"效应是由X光对透明窗口离化引起的.同时,发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X光离化效应出现的时刻相同,冲击波信号到达时刻晚于X光离化时刻.通过实验结果,得到蓝宝石中冲击波速度为35km/s时,其波阵面的反射率约为40%.通过理论分析和实验数据比对的方法,验证了蓝宝石中的减速曲线.给出了加蓝宝石窗口后的测速公式.经过和实验对比,确认了测速公式的正确性.

关键词：冲击波光学诊断成像干涉仪

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