基于OpenMP的抛物方程(PE)声场并行计算方法

水声学理论和技术的发展对声场计算提出了越来越高的要求,如何充分利用高效的声场计算模型和现代计算机技术,实现声场的快速计算,已经成为现代水声技术的一个重要发展方向。多核PC机的出现和流行为提高声场计算的效率提供了一种有效的途径。在共享存储（OpenMP）模型的基础上,实现了对抛物方程计算模型RAM的并行计算编程。测试结果表明,利用该方法能够获得较高的并行计算效率。     

接触问题的MPI+OpenMP混合并行计算

针对接触计算问题中需要大量全局通信的特点,结合当前流行的多处理器集群系统,采用了MPI+OpenMP的混合并行模式,实现了接触问题的并行计算。以双重区域剖分并行算法为基础,内力计算部分在采用MPI并行基础上,使用基于分块结构的OpenMP并行编程,使得接触力并行计算中涉及的全局通信时间无需增加,从而进一步提高了并行效率。数值模拟实验表明,这种并行方式能在上百处理器上实现千万自由度接触问题的并行计算。     

曙光─号并行计算机的系统软件与特点

曙光─号并行计算机的系统软件与特点樊建平，李国杰（国家智能计算机研究开发中心北京１０００８０）曙光一号共享存储多处理器系统提供一个通用的并行计算平台，以支持人工智能应用、科学计算以及一般信息处理系统的开发。系统设计的主要目标一方面是如何攻克全对称多处...     

基于PC机群的多点源高斯大气污染扩散模型的并行计算研究

针对基于单机的多点源高斯大气污染扩散模型计算效率较低的问题,设计了高斯模型并行算法,该算法是基于计算输出层设计的,它将计算输出层尽量平均地分配到各个计算节点上。针对并行算法,构建了分布式并行计算平台。该平台采用三层分布式体系结构,即用户层、控制层和计算资源层。实验结果表明,基于该算法的高斯并行计算大大提高了模型计算效率,分布系统结构合理,可以为准实时甚至实时的环境管理业务提供支持。     

浅谈SMP机群上的并行计算

随着计算机硬件技术的高速发展,处理器和网络的性能不断地迅速提高和价格的日益下降,使得并行计算从传统的超级计算平台转移到由一组高性能节点或工作站/PC机构成的称之为机群的计算平台上,机群成为构建可扩放并行计算机的一大趋势。将主要从SMP机群的特点出发,分析适合SMP机群的并行计算模型、并行编程模型,并提出用MPI与OpenMP相配合来求解实际问题。     

基于EBE策略实现结构动力响应的并行计算

基于EBE(Element by Element)策略的并行算法不用形成总体刚度矩阵,而且无需进行三维模型的区域分解,从而提高并行计算的速度和效率,是实现结构动力响应快速分析的有效途径。采用Newmark法,结合EBE并行算法和Jacobi预处理技术实现结构动力方程的并行计算。在此基础上,利用虚拟激励方法实现结构随机振动的并行计算。最后在网络集群环境下,综合运用多种编程语言和分析工具,应用该并行算法对三维零件的冲击响应以及随机振动进行仿真计算,并与Ansys、精细时程积分法的相比较。结果表明,该并行算法的计算误差小,并行效率较高,适用于工程计算。     

非结构化视频并行处理框架设计与实现

针对单机处理海量视频效率低等问题,本文自主设计了基于Hadoop集群的视频并行化处理系统并建立了试验床。重新设计了专门针对非结构化视频数据的MapReduce并行计算框架及相关的键值对和输入输出格式。实验结果表明,Hadoop集群比较适合大数据的视频处理,Hadoop集群并行化处理技术提高了行人检测与跟踪算法效率。     

基于GPU的杆系离散元并行算法在大型工程结构中的应用

杆系DEM(离散元,discrete element method)是求解结构强非线性问题的有效方法,但随着结构数值计算规模的扩大,杆系DEM所需要的计算时间也随之急剧膨胀。为了提高杆系DEM的计算效率,该研究提出单元级并行、节点级并行的计算方法,基于CPU-GPU异构平台,建构了杆系DEM并行计算框架,编制了相应的几何非线性计算程序,实现了杆系DEM的GPU多线程并行计算。对杆系DEM并行算法的设计主要包括数据存储方式、GPU线程计算模式、节点物理量集成方式以及数据传输优化。最后采用大型三维框架、球壳结构模型分别验证了杆系DEM并行算法的计算精度,并对杆系DEM并行算法进行了计算性能测试,测试结果表明杆系DEM并行算法加速比最高可达12.7倍。     

土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究

针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理,系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟,并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明:基于SSI负载均衡的并行计算方法,充分考虑土体和结构耦合负载的均衡,并行效率最优,基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之,贪婪法并行效率最低;随核数增加,并行效率下降,需根据实际模型规模合理选择并行计算核数,获得最优的并行计算效益;基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。     

基于水声模型多层次并行计算的匹配反演典型应用研究

海洋环境参数的时变特性给海洋环境参数进行直接测量带来了很多挑战，目前主流的方法是通过反演获得海洋环境参数。粒子滤波是一种重要的匹配反演方法。该方法基于贝叶斯定理，通过对海洋环境参数充分采样，能够较精确地计算出环境参数的后验概率，从而取得较好的反演性能。然而粒子滤波匹配反演方法随着粒子数的增大，计算量也急剧增大，为此，文章提出了基于水声模型的多层次并行方法，能够将粒子滤波算法高效映射到多核集群的硬件体系结构中。最后在天河2号超级计算平台进行了粒子滤波算法的并行性能测试，在单节点多核并行测试中取得了87.5%的并行效率，在多节点强扩展测试中，粒子数达到12 288个，在128个计算节点中取得了近110倍的加速性能。     

海水吸收对远距离水下声场计算的影响

低频声波在海水中短距离传播时,海水吸收对声场的影响几乎可以忽略.但是在实际传播中,传播距离可能达到数百甚至数千千米,此时海水吸收会对声场带来较大影响.在这种情况下,如果选用的水下声场计算程序忽略海水吸收,则远距离的声场计算结果会存在明显误差.分别比较了全反射理想波导和深海Munk声速剖面环境下几种常用声场计算模型的结果...     

珊瑚型环礁斜坡地形水下声传播特性分析

从岛礁斜坡地形条件下的声信号衰减和地形阻断效应分析出发,重点针对水下声场分布规律及其对声传播造成的影响开展研究。利用水声模型理论,结合某礁实测地形以及水文数据,建立岛礁斜坡地形下的多途声信道模型,基于Bellhop与RAM声学仿真方法,对不同地形下的声线轨迹、声传播损失以及信号时延等声场特性进行仿真分析,得出岛礁斜坡地形下的声场分布特征。研究结果表明：（1）岛礁斜坡地形是影响其声传播模式的关键因素;（2）斜坡外缘浅海区域的目标不易被岛礁斜坡顶端的声呐所探测; （3）陡坡地形对浅海声源的声传播有利,当声源深度足够大时,缓坡地形下的本征声线数目能够达到在陡坡地形下的5倍,对声传播有利。以上研究结果可为岛礁区水下声场的特性分析以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。     

基于CORDIC的成像声呐加权系数实时生成方法研究

针对线列阵成像声呐加权系数的预存储式生成方法,需要在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中调用Block Memory IP核预存所有加权系数进行波束形成,造成随机存储器(Random Access Memory,RAM)资源占用过多的问题,提出了一种基于CORDIC实时生成加权系数的改进方法。通过预存少量的波束角度值并利用乘法器和CORDIC IP核实时生成加权系数,该方法可降低77%的RAM资源;此外,通过上位机下发声速,可以实现动态加载不同声速下的加权系数进行波束形成,并且能够保持较高的运算效率。经过ISE布局布线,该方法有效地均衡了RAM资源与逻辑资源的占用率,节省FPGA成本,具有很好的工程应用价值。     

基于高阶DG方法的非定常流场声辐射特性数值模拟研究

随着航空噪声越来越受到关注,计算声传播的算法成为研究热点。高阶间断伽辽金(Discontinuous Galerkin,DG)方法具有高精度、对网格质量要求低、适合自适应和并行计算等优点,可以以较高的效率对声场进行计算。文章运用高阶DG方法对线性化欧拉方程(Linearized Euler Equations, LEE)进行空间离散,并且基于离散后的线性化欧拉方程对带有背景流场的NACA0012翼型和30P30N多段翼型的声场进行数值计算。采用有限体积法计算得出流场信息后,通过插值将流场数据导入声场网格,并运用高阶DG方法进行声场计算。计算结果与参考文献中FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)算法对比一致性较好,验证了高阶DG算法的可行性。     

圆柱壳辐射声场重构的波叠加方法

将声全息技术应用到水下结构的声场重建问题中。通过理论推导和数值仿真,分析一两端带半球帽的圆柱壳模型在不同激励作用下声场的重建效果及影响重建精度的因素。考虑到实际应用,全息面分别采用柱形全息面和平行的双平面全息面。仿真结果表明,该方法是一种稳健的全波数空间声场重构技术;其重建精度受到等效源面参数、全息面参数及测量环境信噪比等多因素的影响;在含有测量噪声的条件下,应用Tikhonov结合L曲线的正则化方法仍可以较精确地重构声场;相比于其它方法,波叠加方法具有测点少,计算速度快等优点,有很好的应用前景。     

基于快速多极子边界元法的齿轮箱声场分析

齿轮箱是广泛应用的工程机械零部件,准确地模拟其辐射声场对后续的降噪优化设计有着重要作用。边界元方法非常适合分析此类无限域下的声辐射问题。但传统边界元方法有着计算效率低、内存占用高的缺点。该研究发展了宽频的快速多极子边界元方法,并运用该方法计算了齿轮箱在特定频率下的场点声压以及辐射声场。通过对比商用软件的分析结果,验证了所提快速边界元方法的准确性。此外,运用多核并行计算方法,对计算量较大的扫频分析进行加速计算,最终快速、准确地获取了齿轮箱辐射声场的扫频结果。     

A BIST ram architecture with parallel testing in a microprogram rom

Abstract

Symmetrically simple test patterns for parallel testing of row/column pattern‐sensitive faults in RAMs are proposed in this paper. Based on the concept of the maximum leakage current among the RAM cells, the worst case testing becomes the critically efficient method for RAM testing. Due to the simplicity of generating test patterns, we can implement a BIST RAM with test procedures stored in a microprogram ROM to reduce the cost and time of testing. The test complexity of row/column pattern‐sensitive faults is reduced to O(N) in an N bits RAM as compared with O(N^{3/ 2}) of [1].     

声速分布对浅海低频声场空间相关的影响研究

针对浅海低频环境下水中声速分布对声场空间相关性的影响问题,利用基于抛物方程方法的RAM程序,仿真分析了声场空间相关特性在浅海不同声速梯度、不同阵元间隔下的变化规律。研究结果表明:在浅海低频环境下,正声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越慢,水平纵向相关系数则相反;随着正声速梯度值的增大,垂直相关长度和水平纵向相关长度均呈现剧烈波动。负声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越快,水平纵向相关系数则相反;随着负声速梯度值的增大,两类空间相关长度均缓慢波动。     

一种改进的CORDIC实时生成加权系数方法

基于现场可编程门阵列实现多波束声呐频域波束形成算法时,通常需要使用坐标旋转数字计算(CoordinateRotation Digital Computer,CORDIC)方法实时生成加权系数,但波束数较多且为宽带信号时会消耗大量硬件资源。文章提出一种改进的基于CORDIC方法实时生成加权系数的方法。通过频点复用处理,多个波束组可共用同一个CORDIC IP核依次实时生成加权系数,降低了87.5%的CORDIC IP核资源消耗;通过引入二维乒乓、用后即抛思想,对存储加权系数的随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)基于波束和频点复用进行乒乓处理,可降低97.9%的RAM系数存储空间占用。该改进方法通过多维度复用处理,占用少量RAM存储空间来节省大量CORDICIP核资源,均衡了RAM和CORDIC IP核资源的消耗,具有很好的工程应用价值。