基于PAAG的图像处理算法并行化设计

针对图形处理中的Gamma校正算法和平均滤波算法,在多态并行阵列机上进行并行化设计。该设计利用多线程调度模式将算法中不相关程序分为多个线程相互填充,减少线程的阻塞等待时间,最后将多线程程序映射到阵列机上实现算法的并行化。仿真结果表明,Gamma校正算法在单线程下运行消耗时间是多线程的3.5倍,平均滤波算法在单线程下运行消耗时间是多线程的2.2倍。     

利用MPI构建柔性数据处理系统

为了提升在线应用程序进行大数据量统计时的速度,设计独立的基于消息传递接口MPI(Message Passing Interface)的并行数据处理服务模型,与客户应用程序一同建立了柔性数据处理系统。阐述客户程序和并行服务系统的互联结构和工作方式,按照"先判断后处理"的工作思想,客户程序根据运算规模确定是否调用并行服务程序。并行服务程序由监听程序、临时工作程序和一组用于服务的并行程序组成,设计了基于可扩展标记语言的通信协议,实现了并行服务系统与客户程序之间的数据交换。实验比较了串行、MPI并行和Java多线程程序的耗时,结果表明MPI并行程序比其他两种方式具有明显的优势。     

一种基于GPU的宽带数字信号多路下变频器的高效实现

随着无线电的广泛使用，而频段资源相对狭窄，对于频段上信号的管理要求越来越高，为确保频段的合理管控，提出了针对宽带数字信号的多路下变频器结构，用来实现对信号的高效检测，以检测出不合法的用户，在 GPU(Graphic Procession Unit)强大的多核并行计算平台上，采用高效的均匀DFT(DiscreteFourier Transform)分析滤波器组的多相结构对其进行了实现，该实现利用计算机显卡，在 Windows平台下全部采用软件算法，无需额外的硬件辅助，对带宽2ＭＨｚ的宽带信号，能并行实时输出100路窄带信号。     

有限元SN中子输运模拟的区域分解并行

确定论中子输运方法具有计算速度快、可获取物理量的精细场分布、可高效多物理耦合等优点，随着有限元方法在中子输运模拟中的应用，复杂几何结构、大尺度下的屏蔽问题和临界问题都能得到高保真建模和分析。离散纵标（S_N）法是求解中子输运方程的有效数值方法，基于OpenMP并行机制对各独立离散方向进行并行求解，可提高S_N输运模拟的计算速度，但并行规模较有限。对几何空间进行区域分解并采用MPI并行机制，可实现大规模并行扩展，进而实现对大型问题的高精度快速求解。本文采用并行自适应非结构网格应用框架JAUMIN进行区域分解和进程间通信，通过并行S_N扫描实现了自主有限元输运程序ENTER的高效并行，完成正确性检验后在天河Ⅱ号超级计算机上使用1 440个CPU核完成了1.43×10⁷网格单元、2.81×10⁹自由度规模问题的测试，计算时间约7.4 h。表明该程序具备了有效模拟大型复杂结构中子输运问题的能力，具有一定工程应用价值。     

格点QCD基础求解器及其异构计算实现的性能优化

格点量子色动力学(格点QCD)是研究夸克、胶子等微观粒子间相互作用的重要理论和方法. 通过将时空离散化为四维结构网格, 并将量子色动力学的基本场量定义在网格上, 让研究人员可以使用数值模拟方法, 从第一性原理出发研究强子间相互作用和性质, 但这个过程中的计算量极大, 需要进行大规模并行计算. 格点QCD计算的核心基础为格点QCD求解器, 是程序运行主要的计算热点模块. 本文研究在国产异构计算平台下格点QCD求解器的实现与优化, 提出一套格点QCD求解器的设计实现, 实现了BiCGSTAB求解器, 显著降低了迭代次数; 通过对奇偶预处理技术, 降低了所求问题的计算规模; 针对国产异构加速卡的特点, 优化了Dslash模块的访存操作. 实验测试表明, 相比优化前的求解器获得了约30倍的加速比, 为国产异构超算下格点QCD软件性能优化提供了有益的参考价值.     

高层建筑三维非定常风场并行计算的数值模拟

为了分析风洞试验中观测到的高层建筑模型尾流有规律的漩涡脱落现象,基于计算流体动力学软件CFX和消息传递接口(MPI),利用局域网搭建了并行计算平台,实现了单台计算机无法实现的高层建筑三维非定常风场数值计算。采用剪应力模型(SST)进行数值计算,捕获到了高层建筑尾流的漩涡脱落现象,并与风洞试验数据做了比较。结果表明,三维非定常计算获得的高层建筑表面风压变化规律,较之三维定常和二维非定常计算所得的风场,能更真实地反映风场流动情况。     

基于双重孔隙介质模型的渗流–应力耦合并行数值分析

为模拟天然岩石中孔隙和裂隙的不同渗透性能及应力耦合特性，基于双重孔隙介质模型，建立渗流–应力耦合分析的迭代计算模型。岩石基质渗透系数和孔隙率通过体积应变进行更新。裂隙系统的耦合模型通过立方体单元模型来建立，渗透系数和孔隙率随有效应力的变化进行更新。考虑到耦合分析时步多、计算量大的问题，采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟。编制相应的耦合分析并行程序CoupledGF，并在分布存储的并行机上实现。对包含一个生产井和一个注入井的封闭区域进行渗流–应力耦合分析，模拟约     

基于Visual C＋＋的水声目标数据库设计

针对水声目标实测数据量庞大,LOFAR和DEMON分析计算量大的问题,设计了一个基于Visual C＋＋6．0的数据库管理系统。管理系统通过ADO接口实现与SQL Server 2005数据库管理程序的数据交换,保证了数据稳定存储和高效传输。通过内存映射文件技术,实现了对大数据文件的快速读取。采用CPU与GPU并行计算进行了LO-FAR和DEMON分析,实现了LOFAR和DEMON谱图的实时显示。整个数据库管理系统操作简洁高效,可靠性高,具有广泛的实际应用价值。     

并行PO分析电大尺寸复杂军事目标的电磁散射

利用基于PC集群MPI并行平台的并行PO方法计算了电大尺寸复杂军事目标-导弹与飞机的电磁散射。根据MPI并行平台的特点,给出了将PO三角面元按照编号循环分配到不同进程,进行并行遮挡判断的详细过程。通过对比不同进程的计算时间,给出了本文方法的并行加速比,结果表明了该并行方案求解电大目标散射问题的高效性。计算了电大尺寸导弹与飞机目标的双站RCS,并与FEKO软件结果进行了比较,证明了方法的正确性。     

基于图划分的大电网拓扑分析

为支撑大电网在线实时监控和分析,提出了一种基于图划分的大电网拓扑分析方法。该方法首先根据智能电网调度控制系统电网建模特点,给出了基于图论的电网层次结构、拓扑结构、厂站母线分析和系统网络分析模型。然后基于图划分建立了并行网络拓扑和局部拓扑修正的数学模型,并根据该模型设计了大电网并行网络拓扑的实现方法。最后基于共享内存编程模型在智能电网调度控制系统中研发了快速网络拓扑分析服务功能。所提出的模型和方法实现了大电网并行网络拓扑分析的无锁计算,避免了多线程数据竞争导致的阻塞耗时问题。对实际系统进行仿真测试,结果表明了该方法的准确性、实时性和有效性。