快速球谐函数展开的并行算法设计及实现

球谐函数展开是一种广泛应用的数学方法.在研究Rokhlin-Tygert球谐函数展开快速算法（RT算法）的基础上,扩充并完善了RT算法,建立了所有阶连带Legendre多项式展开系数的计算过程,进而研究了该算法的MPI并行策略并给出了RT并行算法.数值实验表明,RT算法的计算量随三角截断波数的增大而急剧增长;MPI并行技术能够有效提高其运算速度,较好地提升算法的整体性能,但并行效率会受多核处理器cache大小和访存带宽的限制.     

数值气象预报中的并行计算研究

介绍了并行计算机与数值气象预报的发展概况,论述了并行算法的一般设计方法,展示了作者在数值气象预报的典型并行算法和并行实现技术方面所做的主要研究工作,以及这些研究成果所取得的一系列数值气象预报系统的并行计算结果,最后讨论了并行计算与数值气象预报的未来发展。     

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。     

Aztec在混凝土细观数值模拟中的应用研究

细观数值模拟是混凝土性能研究的一种重要手段,但稀疏线性方程组求解在总体模拟时间中所占比重很大。由于属于三维问题,且规模很大,所以采用预条件Krylov子空间迭代是必由之路。Aztec是国际上专门设计用于求解稀疏线性方程组的软件包之一,由于目前混凝土细观数值模拟中的稀疏线性方程组对称正定,所以利用Aztec中提供的CG迭代法进行求解,并对多种能保持对称性的预条件选项进行了实验比较。结果表明,在基于区域分解的并行不完全Cholesky分解、无重叠对称化GS迭代、最小二乘等预条件技术中,第一种的效率最高,且在重叠度为0,填充层次为0时,效果最好;实验结果还表明,在本应用问题中,用RCM排序一般导致求解时间更长,从而没有必要采用。     

构件化气候模式耦合器设计与实现

耦合器用以将不同气候模式连接成为复杂的耦合系统,是气候预测应用中的关键部件.本文以构件化的方式设计并实现了一个具有较强通用性和可扩展性的耦合器,并利用它将IAP4.0大气模式和LASG海洋模式集成为一个海气耦合系统.实验结果表明,该耦合器有效地实现了耦合功能,整个耦合系统具有较高的并行性能.     

天气预报有限差分格点模式并行计算研究

有限差分格点模式是目前广泛采用的中尺度数值天气预报模式之一。本文分析了有限差分格点模式典型代表MM5并行计算的特点，对其多重网格嵌套、数据划分、通信、优化等做了深入研究，最后给出了MM5模式在银河巨型计算机上的测试结果。     

基于渐进约束违背删除策略的服务合成执行路径优化

在面向服务计算领域,服务合成正成为分布异构资源整合、业务集成的一个新型计算模式。在开放互联的因特网环境下,由于存在多个功能相似但服务质量不同的服务提供商,从而导致一个抽象的服务合成方案存在多条可执行路径。然而,在满足用户综合QoS约束需求的情况下,如何有效协同单个服务的QoS从多条候选路径选出一条优化的执行路径,便成为服务合成QoS研究中的一个关键问题。遗憾的是,该问题还没有得到很好的解决。为此,我们提出一个采取渐进约束违背删除策略建立优化执行路径的方法。我们的方法能够避免探测多条执行路径,而是在靠本地最优化策略建立的执行路径上,通过全局QoS计算和QoS约束检查模型找出QoS约束违背,并进而采取渐进约束违背删除策略逐渐删除这些约束违规,并建立起一条近优的执行路径。实验表明,我们的方法很好地降低了建立优化执行路径的时间复杂性。     

基于前验负载差异的负载平衡性能模型

基于有限差分离散的并行应用非常普遍,针对此类问题的负载平衡性能评估,引入了一个刻画应用问题负载平衡能力的关键参数:最大负载变化率,推导了一个以并行效率为目标函数的负载平衡性能模型,涉及问题规模、并行通信计算比、离散格式复杂度和并行规模等.以POP全球海洋模式并行程序为测试实例,验证了该模型的性能.结果显示最大负载变化率作为衡量负载平衡程度的指标是有效的,基于模型的预测性能与实测性能在总体趋势上基本吻合.该性能模型对基于有限元、有限体积等其他局部离散格式的大型并行计算应用的负载平衡能力评估也具有参考价值.     

POP海洋模式在四核至强集群上的并行计算

分析了POP海洋模式原理、离散方法。在四核至强集群上,研究分析POP模式中计算局部块技术和平衡并行数据剖分及其对模式性能的影响。针对模式的通信性能瓶颈,采用聚合通信优化技术。研究结果表明局部块技术和数据剖分方式对于POP模式并行性能影响显著;通过通信聚合优化,POP模式在四核集群上性能获得明显提升。     

基于线程的MPI通信加速器技术研究

为了针对多核系统构建更高效的MPI支撑环境,文中提出了一种基于线程的MPI加速器,称作MPIActor.MPIActor是一种用于协助传统MPI库的透明中间件,用户可以在编译期选择是否在单线程MPI程序中采用该中间件.加入MPIActor后,每个节点内的MPI进程都被映射成同一进程中的多个线程,从而节点内的通信可通过轻...