JASMIN框架中多块结构网格拼接并行计算及其应用

基于JASMIN框架,本文设计了多块结构网格拼接的并行算法并研制了相应的软件模块。该模块设计实现了网格块间关系统一描述算法,及网格片间统一通信调度策略,从而有效解决了多块结构网格拼接并行计算中的通信性能瓶颈问题。同时,该模块封装了数据分布存储、数据通信等并行计算细节,提供了规范接口,能够支撑用户简便地实现多块结构网格拼接并行计算。数值测试表明,该模块具有很好的并行性能,可以支撑应用程序扩展到上千核。     

基于SAMR网格的流体力学不稳定性并行计算

相对于一致加密网格,SAMR网格可以在保持相同数值模拟精度的前提下,大幅度减少网格数目,缩短计算时间。针对惯性约束聚变中的流体力学不稳定性数值模拟,基于JASMIN框架研制了二维多介质流体力学并行SAMR应用程序。在数百个CPU核上模拟了压缩内爆模型,数值模拟结果和并行性能分析显示了应用程序的正确性和并行实现的高效率。     

数据驱动并行计算的3层软件架构设计及应用

数据驱动并行计算是科学与工程计算中普遍存在的一类计算,其执行通常依赖于数据流有向图.在实际应用中,结点调度、数据通信和数值计算紧耦合并发执行,较难解耦编程,这给应用软件的协同研制和代码复用带来困难.借助于统一形式的数据流有向图并行算法框架,分无环有向图调度、无环有向图建模和数值计算3个层次,设计了软件体系结构,实现于并行自适应结构网格应用支撑软件(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure,JASMIN)框架的通量扫描积分构件中,有力地支持了结点调度、数据通信和数值计算的解耦编程.研究成果成功应用于科学计算中典型的中子输运计算,典型的代码开销测试和2 048个处理器核的并行性能测试表明,软件架构及其构件化实现是有效的.     

一种基于实测的自动负载建模算法

负载平衡是影响大规模并行计算效率的一个关键因素,准确的负载建模是负载平衡的基础.提出了一种基于实测的自动负载建模算法.该算法无需用户提供信息,具有良好的理论保证以及近似线性的计算复杂度和完全的并行性.2400个进程上的分子动力学模拟表明,该算法执行速度快,同时能够保证60％以上的负载平衡效率.     

JASMIN框架中联邦并行计算及其在多物理耦合中的应用

多物理耦合是一类普遍的复杂应用问题。并行计算时,在充分考虑各个物理过程的基础上,还需要在不同物理过程之间建立数据依赖关系并交换物理量值。这无论对并行算法设计,还是对并行编程实现来说,均具有较大的难度。JASMIN框架提供联邦计算功能,很好地封装和实现了单层结构网格上的多物理耦合并行计算。该功能实际应用于激光聚变和地球系统模式等领域,支撑研发了多个应用程序,可以有效使用成千上万个处理器核进行数值模拟。     

辐射流体力学RH2D程序的重构与改进

在科学与工程实际应用研究领域中,经过长期的积累与发展形成了一批应用程序,它们集成了丰富的物理建模与计算方法,而且通过理论模型与实验数据的反复校正,具有较高的数值模拟置信度。但是,随着物理模型的精密化研究,这些程序的算法精度与计算规模难以满足实际问题的研究需求。本文基于JASMIN框架重构辐射流体力学RH2D程序,优化数据结构与程序结构,并且将辐射分裂计算改进为整体计算。实际算例表明,RH2D程序辐射整体计算的能量守恒性明显好于分裂计算,而且具有较高的并行效率。     

三维位错动力学并行算法与程序研制

为研究极端条件下金属材料的性质,在JASMIN 框架上研制了三维并行位错动力学程序PDD3D. 它集成了离散位错动力学模拟的物理方案和数值算法.通过设计实现高效的分布式数据结构、可扩展的快速多极子解法器以及基于影像区的拓扑操作通信方式,该程序具有较高的性能和较好的可扩展性.1024 个处理器上,对包含3 千万条位错线的物理模型的模拟结果显示,PDD3D 程序获得了81%的并行效率.     

Parallel implementation of fast multipole method based on JASMIN

Fast multipole method (FMM) may reduce the complexity of N-body problems from O(N 2 ) to O(N log N) or O(N).It was applied in problems ranging from electromagnetic scattering to dislocation dynamics.FMM can be divided into two parts: commonness and individuality.A parallel solver of FMM commonly used in various applications has been designed and implemented in JASMIN infrastructure.The solver encapsulates the commonness.Furthermore,it supplies users with abstract interfaces required to implement the individ...     

JASMIN: a parallel software infrastructure for scientific computing

The exponential growth of computer power in the last 10 years is now creating a great challenge for parallel programming toward achieving realistic performance in the field of scientific computing. To improve on the traditional program for numerical simulations of laser fusion in inertial confinement fusion (ICF), the Institute of Applied Physics and Computational Mathematics (IAPCM) initializes a software infrastructure named J Adaptive Structured Meshes applications INfrastructure (JASMIN) in 2004. The main objective of JASMIN is to accelerate the development of parallel programs for large scale simulations of complex applications on parallel computers. Now, JASMIN has released version 1.8 and has achieved its original objectives. Tens of parallel programs have been reconstructed or developed on thousands of processors. JASMIN promotes a new paradigm of parallel programming for scientific computing. In this paper, JASMIN is briefly introduced.