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吉林大学学报（地球科学版） 2014年第4期44卷 1290-1296页

作者：韩忠邵景力崔亚莉程汤培李玲杨程中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 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

MODFLOW中现有的降水补给数据和井流数据是基于每个剖分网格输入的,导致基于MODFLOW建立大区域水流数值模型前处理的降水补给文件和井流文件存储开销过大、读取效率低。为此,通过改进现有的降水补给子程序包RCH及开发新的子程序包RAW,... 详细信息

MODFLOW中现有的降水补给数据和井流数据是基于每个剖分网格输入的,导致基于MODFLOW建立大区域水流数值模型前处理的降水补给文件和井流文件存储开销过大、读取效率低。为此,通过改进现有的降水补给子程序包RCH及开发新的子程序包RAW,给出了一种基于面状补排项的数据输入新方法。改进后的MODFLOW程序通过读取RCH文件或RAW文件中每个分区的补排量数据,以及每个网格对应的分区编号,在程序内部实现了补排量向每个模型网格的分配。RAW子程序包实现了多层面状补排量的表达,可用于面状的地下水开采、农业回灌等源汇项的处理。相对于原始的源汇项数据存储方式,基于新方法建立的华北平原地下水流模型,RCH及RAW文件大小分别减小为原来的1/145和1/255,整个模型数据的读取时间的加速比为7.46。

关键词： MODFLOW RCH RAW大区域地下水模拟华北平原

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高功率微波系统仿真数据管理支撑技术

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强激光与粒子束 2014年第6期26卷 181-185页

作者：夏芳沈卫超曹立强陈虹中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094

针对目前高功率微波系统仿真平台产生大规模复杂结构时变数据场,提出了新的数据存储与处理需求,而现有数据管理方法难以提供平台所需要的数据存取与分析能力。为此,通过研究科学数据表示、元数据管理、高效I/O、并行处理和快速选择等关... 详细信息

针对目前高功率微波系统仿真平台产生大规模复杂结构时变数据场,提出了新的数据存储与处理需求,而现有数据管理方法难以提供平台所需要的数据存取与分析能力。为此,通过研究科学数据表示、元数据管理、高效I/O、并行处理和快速选择等关键技术,集成应用成果并研制自主产权的科学数据管理软件,实现了高功率微波系统仿真实验数据的高效存储、组织与管理,对于方便平台子系统间的数据交换、提升数据存取效率及研究关键物理问题起到了很好的支撑作用。

关键词：高功率微波仿真时变数据场数据管理数据I O 数据处理 JDIO软件

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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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适合于分布式并行计算的一种并行广义乘积型双共轭残差方法(英文)

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应用数学与计算数学学报 2013年第2期27卷 246-259页

作者：左宪禹谷同祥莫则尧刘兴平河南大学计算机与信息工程学院河南开封475004 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100088

针对求解大型稀疏非对称线性方程组,提出适合于分布式并行环境的一种并行广义乘积型双共轭残差(GPBiCR)方法(简记为PGPBiCR方法).通过重构GPBiCR方法,新方法将原方法中的三个全局同步点降低到了一个,且内积所需的通讯时间可与向量校正... 详细信息

针对求解大型稀疏非对称线性方程组,提出适合于分布式并行环境的一种并行广义乘积型双共轭残差(GPBiCR)方法(简记为PGPBiCR方法).通过重构GPBiCR方法,新方法将原方法中的三个全局同步点降低到了一个,且内积所需的通讯时间可与向量校正的计算时间有效地重叠.代价仅是稍微增加了一些计算量,而相比于全局通讯时间的降低,这是可以忽略不计的.性能和等效率分析表明,PGPBiCR方法比GPBiCR方法具有更好的并行性和可扩展性,其中可扩展性可改进3倍,而并行通讯性能可改进66.7%.数值试验得到了与理论分析相吻合的结果.

关键词：稀疏非对称线性方程组并行广义乘积型双共轭残差方法 Krylov子空间方法全局通讯分布式并行环境

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自适应结构网格上扩散方程隐式时间积分算法及其应用

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计算物理 2012年第5期29卷 684-692页

作者：徐小文莫则尧刘青凯安恒斌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

提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表明... 详细信息

提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表明,相对于一致加密情形,本文算法能够在保持相同计算精度的前提下,大幅度降低网格规模和计算量,且具有低复杂度.将算法应用于辐射流体力学数值模拟中非线性扩散方程组求解,相对于一致加密网格,SAMR计算将计算量下降一个量级以上,计算效率提高33.2倍.

关键词：局部网格加密(AMR) 自适应计算隐式时间积分辐射流体力学 JASMIN

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利用数据视图的位图索引加速多块数据并行查询

利用数据视图的位图索引加速多块数据并行查询

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第19届全国信息存储技术学术会议

作者：夏芳沈卫超曹立强陈虹北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京100094 中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室绵阳621000

并行计算应用产生了大量多块并行结构的数据,给数据查询处理带来新的挑战.本文提出并实现了利用数据视图的位图索引加速多块数据并查询的方法.性能实验表明,该方法将多块数据的查询速度提升了8～14倍,并且在实际程序数据的并行查询处理... 详细信息

并行计算应用产生了大量多块并行结构的数据,给数据查询处理带来新的挑战.本文提出并实现了利用数据视图的位图索引加速多块数据并查询的方法.性能实验表明,该方法将多块数据的查询速度提升了8～14倍,并且在实际程序数据的并行查询处理过程中也取得较好的可扩展应用效果.

关键词：位图索引查询处理多块数据数据视图

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高功率微波系统仿真数据管理支撑技术

高功率微波系统仿真数据管理支撑技术

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第九届全国高功率微波会议

作者：夏芳沈卫超曹立强陈虹中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室四川绵阳 621900 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094

针对目前高功率微波系统仿真平台产生大规模复杂结构时变数据场,提出了新的数据存储与处理需求,而现有数据管理方法难以提供平台所需要的数据存取与分析能力.为此,通过研究科学数据表示、元数据管理、高效I/O、并行处理和快速选择等关... 详细信息

针对目前高功率微波系统仿真平台产生大规模复杂结构时变数据场,提出了新的数据存储与处理需求,而现有数据管理方法难以提供平台所需要的数据存取与分析能力.为此,通过研究科学数据表示、元数据管理、高效I/O、并行处理和快速选择等关键技术,集成应用成果并研制自主产权的科学数据管理软件,实现了高功率微波系统仿真实验数据的高效存储、组织与管理,对于方便平台子系统间的数据交换、提升数据存取效率及研究关键物理问题起到了很好的支撑作用.

关键词：高功率微波系统仿真平台数据管理技术分析

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二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解

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计算物理 2012年第4期29卷 475-483页

作者：周志阳徐小文舒适冯春生莫则尧湘潭大学数学与计算科学学院科学工程计算与数值仿真湖南省重点实验室湘潭市411105 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

针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三... 详细信息

针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性.

关键词：二维三温方程辐射扩散代数多重网格(AMG) 预条件子自适应

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曙光6000计算机数万核大规模计算复杂应用的性能测试与分析

曙光6000计算机数万核大规模计算复杂应用的性能测试与分析

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2012全国高性能计算学术年会

作者： QIN Guiming 秦桂明 ZHAO Weibo 赵伟波 WANG Wei 王伟 CAO Xiaolin 曹小林 ZHANG Aiqing 张爱清 High Performance Computing Center Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beiji 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 High Performance Computing Center Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beiji 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 北京应用物理与计算数学研究所计算物理国防科技重点实验室北京 100094

面向大规模工程计算,JASMIN 框架在并行使能技术和数值算法上进行了发展和完善.2.0 版JASMIN 框架保持编程接口兼容,无需用户修改程序,可直接提升已有程序的并行可扩展能力.JASMIN 框架在曙光6000等多台高性能计算机上的成功安装表明,JA... 详细信息

面向大规模工程计算,JASMIN 框架在并行使能技术和数值算法上进行了发展和完善.2.0 版JASMIN 框架保持编程接口兼容,无需用户修改程序,可直接提升已有程序的并行可扩展能力.JASMIN 框架在曙光6000等多台高性能计算机上的成功安装表明,JASMIN 可直接在不同架构的高性能计算机上移植使用.为考察应用程序在JASMIN 框架支撑下的并行可扩展能力,在曙光6000 超级计算机上测试和分析了激光聚变、材料科学、高功率微波等领域中典型的数值模拟应用.这些应用具有多物理、多尺度、高温高压、复杂三维构型等复杂性特征.测试结果表明这些应用程序在数万核上的并行效率可达到50％以上,具有很好的并行可扩展性.

关键词：计算机大规模数值复杂应用并行自适应结构网格支撑软件框架性能测试

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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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