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2014全国高性能计算学术年会

作者：陈军高性能计算中心北京应用物理与计算数学研究所100049

对目标物的物理建模是微波源器件模拟中的最重要步骤,常用的方法有时域有限差分(FDTD)方法.在FDTD建模过程中,将目标物的几何、各个组成部分的许多时空属性等离散到均匀网格上.在复杂的FDTD建模中,通常采用了复杂的多重索引等非规则结构... 详细信息

对目标物的物理建模是微波源器件模拟中的最重要步骤,常用的方法有时域有限差分(FDTD)方法.在FDTD建模过程中,将目标物的几何、各个组成部分的许多时空属性等离散到均匀网格上.在复杂的FDTD建模中,通常采用了复杂的多重索引等非规则结构,最终导致了计算过程中的深度寻址操作.这是一类非规则应用.非规则应用的并行算法研究是并行计算中的一大难点.提出了一种并行FDTD建模方法,包括并行多重索引结构的建立,以及基于多重索引结构的影像区填充算法.在1024台处理器上测试实验表明,该方法可有效地实现微波源器件模拟中的并行FDTD建模.

关键词：模型理论并行算法非规则应用时域有限差分微波源器件

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基于JASMIN框架的大规模粒子模拟并行应用

基于JASMIN框架的大规模粒子模拟并行应用

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2014全国高性能计算学术年会

作者：刘旭曹小林张爱清莫则尧北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

粒子模拟方法广泛应用于材料设计、新能源研究、环境治理和武器物理等应用的大规模计算.通常,粒子模拟需要精心地设计数据结构、数据通信算法、负载平衡策略等.为解决这些共性的问题,在JASMIN框架中设计了粒子量数据片、粒子量通信构件... 详细信息

粒子模拟方法广泛应用于材料设计、新能源研究、环境治理和武器物理等应用的大规模计算.通常,粒子模拟需要精心地设计数据结构、数据通信算法、负载平衡策略等.为解决这些共性的问题,在JASMIN框架中设计了粒子量数据片、粒子量通信构件、负载平衡算法、解法器等.目前,基于JASMIN框架开发的粒子模拟并行应用程序已达十多个.其中,激光等离子体相互作用模拟程序可在天河-1A的84000个处理器核上模拟了包含数百亿粒子的物理问题,并行效率达到73％.

关键词：粒子模拟并行计算设计模式自适应结构网格应用支撑软件框架

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直线网格B样条混合滤波GPU光线投射

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计算机辅助设计与图形学学报 2013年第1期25卷 110-119页

作者：袁斌北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100088

为了快速、高质量地绘制直线网格,提出B样条混合滤波方法,实现加速网格,并将其应用到直线网格GPU光线投射.证明了三次B样条基函数导数的符号性质,进而证明用快速三次滤波方法(S&H方法)计算非均匀B样条函数的导数会出现误差.据此,在... 详细信息

为了快速、高质量地绘制直线网格,提出B样条混合滤波方法,实现加速网格,并将其应用到直线网格GPU光线投射.证明了三次B样条基函数导数的符号性质,进而证明用快速三次滤波方法(S&H方法)计算非均匀B样条函数的导数会出现误差.据此,在光线积分计算中,如果条件允许,采用S&H方法;否则采用基于B样条基本公式的滤波方法.另外,证明三次B样条函数导数的范围,以实现梯度量调制和加速网格;在光线积分计算中,利用梯度量调制表现物质的分界面;利用加速网格,跳过无效积分步,加快绘制速度.实验结果表明,采用混合滤波的直线网格GPU光线投射方法能消除S&H方法导致的走样现象;与基于B样条基本公式的绘制方法相比,该方法更快;如果模拟或测量的物体本身是光滑的,该方法能快速反映其真实特征.

关键词： GPU 光线投射 B样条走样直线网格

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低空目标电磁散射特性的全波数值模拟与初步分析

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微波学报 2014年第S2期30卷 37-40页

作者：鲍献丰李瀚宇周海京刘强中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 中物院复杂电磁环境重点实验室绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

由于环境与低空目标的相互作用,使得目标对入射波的调制效应跟目标在自由空间独立存在时相比存在显著差别。利用仿真计算技术开展低空目标电磁散射特性的研究,充分考虑目标与其下方地海面的相互作用,实现"目标与环境一体化电磁建模... 详细信息

由于环境与低空目标的相互作用,使得目标对入射波的调制效应跟目标在自由空间独立存在时相比存在显著差别。利用仿真计算技术开展低空目标电磁散射特性的研究,充分考虑目标与其下方地海面的相互作用,实现"目标与环境一体化电磁建模",正成为计算电磁学研究的热点。本文利用自主研发的三维并行全波电磁场时域求解程序JEMS-FDTD,对平直表面上的半空间复杂目标进行了数值模拟,分析了低空目标在直接入射波与地海面一次反射波共同作用下的时域近场特性以及不同下半空间媒质与不同照射角度对低空目标与环境复合远场散射特性的影响。

关键词：半空间时域有限差分方法近场特性散射特性数值模拟

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适应JASMIN框架的在线交互式几何建模前处理技术

适应JASMIN框架的在线交互式几何建模前处理技术

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2014全国高性能计算学术年会

作者：曹轶徐平均秦桂明刘维甫北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京 100088

传统的数值模拟前处理,多依靠人工方式修改包含几何、物理信息的数值模拟输入文件.但是,面对大规模几何构型和复杂拼接关系,人工建模修正周期长、建模错误率高且难以排查.为适应大规模复杂物理的精细建模需要,本文研究实现了一项在线交... 详细信息

传统的数值模拟前处理,多依靠人工方式修改包含几何、物理信息的数值模拟输入文件.但是,面对大规模几何构型和复杂拼接关系,人工建模修正周期长、建模错误率高且难以排查.为适应大规模复杂物理的精细建模需要,本文研究实现了一项在线交互式的几何建模前处理技术,它可以适应JASMIN框架中的复杂几何构型拼接关系,支持与数值模拟过程的在线式连接执行.目前该研究已通过软件定制,支撑了国家战略安全武器物理和国家惯性约束聚变等重大应用中的数值模拟前处理,其建模精度与速度的提升效果显著.

关键词：几何建模前处理技术人机交互自适应结构网格应用支撑软件框架

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基于硬件事件的并行程序指令级性能模型与应用

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计算机工程与科学 2013年第11期35卷 175-181页

作者：罗红兵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

当前,应用程序持续运行性能与高性能计算机峰值性能的差距有扩大的趋势,许多实际应用程序的性能通常只能达到机器峰值性能的5％～10％,甚至更低,如何优化并行应用成为高性能计算领域关注的焦点.从如何利用硬件事件进行程序指令级优化入... 详细信息

当前,应用程序持续运行性能与高性能计算机峰值性能的差距有扩大的趋势,许多实际应用程序的性能通常只能达到机器峰值性能的5％～10％,甚至更低,如何优化并行应用成为高性能计算领域关注的焦点.从如何利用硬件事件进行程序指令级优化入手,提出一种基于硬件事件的性能模型,揭示出程序性能与程序特征、微处理器特征的关系.基于该性能模型,在Intel Xeon微处理器平台上对Euler等程序进行优化,gas1dapproxy等性能热点模块的执行时间可以缩短12％～61％.性能优化实验表明：使用该性能模型可以降低用户进行指令级并行性能优化的难度,指导用户选择正确的性能优化方向.

关键词：性能分析性能优化性能模型指令级并行

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基于R的并行统计计算

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计算机科学 2013年第3期40卷 95-99页

作者：宋磊尹俊平陈虹北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100092

随着统计分析中数据规模和复杂性的不断增加,高性能计算也开始在金融、经济和管理等统计计算主导的领域中发挥重要的作用。将对基于R的统计分析中并行计算技术的发展现状和最新进展做一个综述,重点从用户的角度考察R在不同体系结构计算... 详细信息

随着统计分析中数据规模和复杂性的不断增加,高性能计算也开始在金融、经济和管理等统计计算主导的领域中发挥重要的作用。将对基于R的统计分析中并行计算技术的发展现状和最新进展做一个综述,重点从用户的角度考察R在不同体系结构计算平台上并行统计计算的实现。一个人造和真实应用的测试表明了其应用效果。

关键词： R 统计分析高性能计算并行统计计算

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基于JASMIN的地下水流大规模并行数值模拟

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计算物理 2013年第3期30卷 317-325页

作者：程汤培莫则尧邵景力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 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征的地下水流模拟中计算时间长、存储开销大等瓶颈问题,基于MODFLOW三维非稳定流计算方法,提出基于网格片的核心算法以及基于影像区的通信机制,并在JASMIN框架上研制了大规模地下水流并行数值模拟程... 详细信息

针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征的地下水流模拟中计算时间长、存储开销大等瓶颈问题,基于MODFLOW三维非稳定流计算方法,提出基于网格片的核心算法以及基于影像区的通信机制,并在JASMIN框架上研制了大规模地下水流并行数值模拟程序JOGFLOW.通过河南郑州市中牟县雁鸣湖水源地地下水流的模拟,对程序正确性和性能进行了验证;通过建立一个具有精细网格剖分的假想地下水概念模型对可扩展性进行测试.相对于32核的并行程序,在512以及1 024个处理机上的并行效率分别可达77.2%和67.5%.数值模拟结果表明,JOGFLOW具有较好的计算性能与可扩展性,能够有效使用数百上千计算核心,支持千万量级以上网格剖分的地下水流模型的大规模并行计算.

关键词：高仿真地下水流模拟大规模并行计算 JOGFLOW MODFLOW JASMIN框架

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反应堆pin-by-pin精细建模工具开发

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原子能科学技术 2013年第B12期47卷 443-447页

作者：马彦付元光李树李刚张宝印邓力北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

为开展大规模(如反应堆全堆芯pin-by-pin)输运模拟计算,北京应用物理与计算数学研究所研制了中子-光子耦合输运程序JMCT和支撑框架程序JCOGIN,如何快速、方便地建立物理模型是缩短问题模拟周期的关键。目前在粒子输运领域,国内外均开展... 详细信息

为开展大规模(如反应堆全堆芯pin-by-pin)输运模拟计算,北京应用物理与计算数学研究所研制了中子-光子耦合输运程序JMCT和支撑框架程序JCOGIN,如何快速、方便地建立物理模型是缩短问题模拟周期的关键。目前在粒子输运领域,国内外均开展了基于CAD系统的可视建模工具的开发工作。本文介绍了基于领域的可视建模工具的开发思路,结合领域知识,开发了方便、快捷的组件;为解决大规模几何建模的存储和转换问题,实现了层次化几何树的数据结构和转换算法;并实现了自动将模型输出为JMCT计算输入文件。使用该工具建立了大亚湾全堆芯模型,并进行了计算,验证了可视建模工具输出模型的正确性。

关键词：领域建模 pin—by-pin模拟层次化几何树

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JMCT连续能量点截面物理模块设计与实现

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原子能科学技术 2013年第B12期47卷 453-457页

作者：李刚张宝印李瑞邓力北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院北京研究生部北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

本文介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗粒子输运软件JMCT的连续能量点截面物理模块的层次化设计思想及具体实现。连续能量点截面物理模块分为参数类和碰撞类。参数类主要处理静态数据,根据截面参数意义设计数据结构,分层次存储各截面参... 详细信息

本文介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗粒子输运软件JMCT的连续能量点截面物理模块的层次化设计思想及具体实现。连续能量点截面物理模块分为参数类和碰撞类。参数类主要处理静态数据,根据截面参数意义设计数据结构,分层次存储各截面参数;碰撞类则根据粒子能量插值计算各相应截面,并严格遵循碰撞物理过程实现各抽样处理。最后,使用JMCT和MCNP对铀柱阵列国际基准模型进行了对算,验证了连续能量物理模块的正确性。

关键词：连续能量蒙特卡罗模拟 JMCT

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