协同分布式图形硬件的混合并行体绘制

由于一般的共享存储并行机缺乏图形硬件,其上产生的3维科学计算数据,无法采用硬件加速的并行体绘制来就地进行数据可视化。为此基于本地并行机和分布式图形工作站,给出了一种混合并行绘制模型。该模型的工作原理是先将源数据存留在并行机,然后通过并行机的多处理器发布远程绘制命令流,进而通过操控工作站的图形硬件完成绘制;后期图像合成在并行机上执行,以发挥共享存储通信优势。通过负载平衡优化,并行绘制流水线有效实现了绘制、合成与显示的重叠。实验结果显示,该方法能以1024×1024图像分辨率,交互绘制并行机上的大规模数据场。     

迭代方法中基于渐近规模的通信与计算比分析

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.大量实际应用表明,迭代方法通常具有较高的通信与计算比,只有在粗粒度并行下才能取得较好的并行可扩展性能.而实际应用大规模计算的需求和当前多核/众核体系结构的发展趋势要求迭代方法具备细粒度并行可扩展能力.文中引入渐近规模,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并行的能力,并由此刻画通信与计算比.基于矩阵的稀疏模式及其通信模式、机器的通信参数和迭代方法的基本运算,给出了渐近规模的理论预测公式.在一台包含128个双路4核计算节点的并行机上,分别基于纯进程并行(MPI)和进程/线程混合并行(MPI/OpenMP),以实际应用中3种常用迭代方法Jacobi、CG、BiCGSTAB为例,分析其渐近规模.并行可扩展性测试表明了渐近规模用于刻画迭代方法通信与计算比的准确性.对于纯进程情形,给出了渐近规模的理论预测与实际测试的对比,表明了理论预测结果的正确性.最后,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未来更大规模的计算系统,降低通信与计算比的途径.     

分区计算问题的并行设计

５１．引言 在许多重要研究领域中,数值模拟相当复杂,数值模拟的结果依赖于数值方法的选取,计算网络的质量,边界处理等,其复杂性表现在物理特性、数学模型、计算区域不规则的几何形状等方面．当计算区域各部分的物理特性不同而且差异较大时,比如多种物质的流体运动流场中各个部分变化程度不均匀,有些部分变化非常平缓,有些部分变化极其剧烈;或者,当计算区域极其不规则时,比如空气动力学中的进气道系统的流场计算,绕复杂形状流场的数值分析等．若在计算区域上作整体计算,不仅难以准确地描述流场变化,而且受到计算机运算速度、…     

并行计算机时间模型研究

本文系统地总结了和探讨了共享和分布式存储环境下的并行计算时间模型。     

基于NOWs的并行多重网格计算

分析了工和站网络环境（ＮＯＷｓ）下并行多重网格计算中阻碍并行效率发挥的关键因素，分析了Ｓｃｈｗａｒｚ并行对并行效率和数值效率的影响，总结了将其应用到求解ＳＰＤ椭圆方程，间断问题、ｓｔｏｋｅｓ方程，高Ｒｅｙｎｏｌｄｓ不可压Ｎａｖｉｅｒ０Ｓｔｏｋｅｓ方程和三维跨声速Ｅｕｌｅｒ方程中所取得的重要结论。     

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。     

基于计算缓存方法的分子动力学程序性能优化

分子动力学数值模拟程序在现代高性能计算机上的计算效率往往很低,只能发挥系统峰值性能的几个百分点。本文对并行分子动力学程序PMD3D在联想深腾6800超级计算机上进行性能优化。通过性能分析,我们发现粒子相互作用力计算中相互关联的浮点运算严重影响了处理器的指令级并行效率,为此我们应用计算缓存的方法,将大量不规则的浮点计算进行缓存,达到一定规模后再进行向量化计算。这样使得单机性能在优化后提升4倍多,达到处理器峰值性能5.2GFlops的32.3%。最后,在深腾6800的64个节点的256个CPU上进行了并行性能测试,达到峰值运算性能1.3万亿次的27%。     

非结构网格上求解中子输运方程的并行流水线Sn扫描算法

间断有限元离散纵标方法(Sn)是广泛应用于求解高维非定常中子输运方程的数值方法,它涉及几何网格空间、速度相空间和中子能群的离散,计算量很大．该文基于非结构网格,提出了基于区域分解的并行流水线Sn扫描算法,通过设计具有不同内在并行度和通信面体比的区域分解方法和队列插入算法,对两个不同物理模型,分别使用两台并行机的92个和256个CPU,获得72倍和78倍以上的加速．可扩展性能分析表明,算法的性能非常依赖于并行机的点对点通信延迟．     

多物理数值模拟中一种有效的并行耦合方法

在实现多物理并行数值耦合模拟中,需要处理多个物理过程之间网格、并行区域分解的差异.针对该同题,该文基于三维流体力学与激光传播耦合的并行数值模拟,提出了一种实用的并行耦合方法:引入辅助状态将本地插值与通信相分离;构建并行耦合图并定义主导属性,以确定过程间传输的最小数据集合;提供并行数据重分配算法来完成通信.并行数值结果表明:该方法是有效的,在64台处理机上使整体程序获得50.07的加速比.     

辐射流体力学与中子输运并行数值模拟中的联接算法

复杂物理现象通常由多类复杂的物理过程紧耦合构成,其数值模拟也通常由适用不同物理过程的多类并行应用程序紧耦合完成。如何设计这些物理过程之间的联接算法,既要保证程序之间数据传递的高效,又要保证程序各自运行和总体模拟的高效,还要保证程序各自开发的独立,是一个值得研究的课题。文章基于广泛应用于高温高压物理研究中的辐射流体力学和中子输运多物理并行数值模拟,在非结构网格上,提出了两种联接算法:完全松散联接算法和两层紧耦合联接算法。前者侧重于实现程序各自运行的高效和开发的独立,后者在前者的基础上,还权衡了数据传递和总体模拟的高效。在两台并行机的数百个处理机上,通信复杂度分析和数值实验结果表明,两种算法均是有效的,可推广应用到其他多物理并行数值模拟。特别是,两层紧耦合联接算法是高效可扩展的,取得了近似最优的并行性能。