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。     

基于边权约束法实现接触问题多约束图剖分

为提高接触问题并行计算的效率,分析内力计算和接触计算过程的并行性,提出基于边权约束法构造接触多约束图的方法,对比和分析多约束图剖分算法和双重区域剖分算法的负载平衡和通信性能.数值实验表明,在典型二维模型中多约束图剖分算法的负载平衡性能略低于双重区域剖分算法,但仍可将负载不平衡度控制在较好的范围内,简化并行计算的通信过程,减少总通信量并降低动态通信量比例.     

并行任务图的优化调度算法

科学与工程计算中的很多复杂应用问题需要使用科学工作流技术,超算领域中的科学工作流常以并行任务图建模,并行任务图的有效调度对应用的高效执行有重要意义。给出了资源限制条件下并行任务图的调度模型;针对Fork-Join类并行任务图给出了若干最优化调度结论;针对一般并行任务图提出了一种新的调度算法,该算法考虑了数据通信开销对资源分配和调度性能的影响,并对已有的CPA算法在特定情况下进行了改进。通过实验与常用的CPR和CPA算法做比较,验证了提出的新算法能够获得很好的调度效果。本文提出的调度算法和得到的最优调度结论对工作流应用系统的高性能调度功能开发具有借鉴意义。     

基于调度历史数据在线预测作业执行时间

传统基于用户预估的执行时间通常准确性较差。结合分类和基于实例的学习方法,综合使用模板相似和数值相似方法,在历史调度数据中获取当前作业的相似作业,并使用其历史信息预测当前作业执行时间。使用调度历史中的用户名、分组名、队列名、应用名、用户请求处理器数、用户请求（预估）执行时间和用户请求内存量等属性进行训练和预测,算法中涉及的参数使用遗传算法确定。数值实验表明,相较于已有文献,本方法在使用更少参数的前提下得到了与文献结果中相近的低估率,并获得了更低的平均绝对误差。在HPC2N04和HPC2N05日志数据集上,平均绝对误差分别降低了43%和77%。研究了使用在线预测替换用户估计对作业调度的影响,对结果进行了初步分析并指出了今后的改进方向。     

GA-Sim:一种基于分类和实例学习相结合的作业运行时间预测算法

在高性能计算作业调度系统中,许多调度算法依赖于对作业运行时间的准确估计,尤其是以EASY为代表的回填算法,而使用用户提供的作业运行时间往往会降低调度性能。提出了一种基于分类和实例学习相结合的作业运行时间预测算法--GA-Sim,该算法在考虑预测准确性的同时考虑了低估问题。在两个实际调度日志上的数值实验结果表明,相较于IRPA和TRIP算法,GA-Sim在取得更高预测精度的同时降低了低估率。 对数值实验结果进行了深入分析,并给出了不同情形下选择恰当预测算法的建议。     

HSWAP:适用于高性能计算环境的数值模拟工作流管理平台

针对高性能计算（HPC）环境中的"建模、计算、分析、优化"一体化应用构建的问题，设计了支持数值模拟软件封装和数值模拟工作流交互设计的数值模拟工作流管理平台——HSWAP。首先，基于对数值模拟活动的运行特征共性建模构建组件模型；然后，利用工作流表达数值模拟活动间的控制、数据依赖关系，建立形式化的数值模拟工作流模型，所形成的工作流模型可在平台中自动解析并适配高性能计算资源，从而实现批量关联数值模拟任务的自动生成与调度，为领域用户屏蔽高性能计算资源的使用细节。平台提供Web Portal服务，支持图形数值模拟程序的交互界面推送。目前该平台已在超算中心实际生产环境得到部署应用，可在2人月内完成包含10个以下数值模拟软件、20个以内计算任务节点的数值模拟工作流的集成。     

分子动力学研究钚晶体中的氦泡迁移与合并

本文建立了钚材料自辐照老化中的氦泡原子模型,用修正嵌入原子多体势和并行分子动力学计算方法,模拟了氦泡在钚晶格中的稳定结构、氦泡的迁移合并、以及氦泡生长引起的晶体缺陷等,并分析了氦泡长大机制及由氦泡引起的钚晶体体积变化。计算结果表明,氦原子聚集成泡现象与金属Ti中氦原子聚集成泡行为一致,氦泡长大遵循自捕陷和冲出位错环机制,氦泡周围的缺陷随着氦泡的生长加剧,仅由氦泡引起的体积肿胀很小,体积演化经历了一个先突然增大到体积膨胀的上限,然后随弛豫时间逐渐减小到最终体积的过程,中间有一个自我修复或缺陷恢复的阶段。研究结果提高了对氦泡长大机理及氦泡相互作用规律的理解。     

分子动力学模拟中负载平衡方法的应用

文章针对三维分子动力学并行数值模拟中出现的负载不平衡现象,在静态负载平衡基础上,提出了一种简单有效的动态负载平衡算法。通过对三维分子动力学的并行数值模拟试验,此算法可以使得负载基本达到动态平衡,并进一步提高了并行效率。