粒子方法前处理系统的设计与实现

粒子方法作为一种直观而常见的模拟方法,已在化工、材料、生物等领域广泛应用。本文针对粒子方法前处理过程的实际需求,利用开源项目BRLCAD的相关功能,设计实现粒子方法的前处理系统。该前处理系统包含几何建模、粒子生成、边界生成等3个模块,提供图形化交互式的几何建模和前处理结果显示功能,以完成复杂边界,多种粒子的复杂算例前处理工作,扩展性良好。最后用实例,说明利用此系统处理工作时,能以简单的步骤,建立较复杂模拟算例的初始数据。     

一种粒子模拟前处理系统的研究与设计

根据大规模并行粒子模拟通用软件平台的需求,设计了相应的前处理系统,包括模拟边界条件处理和粒子生成两个部分。它不但可以完成平台粒子模拟的几何模型建模工作,而且还可以将用户的计算模拟区域,离散为以特定方式排布的填充粒子,实现连续模拟区域的颗粒离散化。前处理系统设计了一套完整的图形用户界面,加入非法输入的检测功能。该系统在拟颗粒粒子模拟计算中做过应用测试,结果表明本工作为粒子方法的推广和应用,提供一个实用的工具,在一定程度上实现了通用化,为大规模并行粒子模拟通用软件平台的计算部分,提供可靠的数据,有力地保证其正常运行。     

大规模粒子模拟的后处理与可视化

近年来,高性能计算与并行技术取得了很大的进展,粒子模拟的数据规模也随之快速增长,目前已达到10亿粒子以上,对其模拟结果的可视化已远远超出了单机的处理能力范围。为实现大规模粒子模拟结果的后处理与可视化,本文采用了并行处理和LOD两种技术,其中并行处理部分采用数据并行的方式,突破了单机处理能力的限制;LOD技术使用户能够控制进入可视化流水线的数据规模,从而减轻了可视化流水线的负担并加快了绘制速度。本文初步实现了大规模粒子模拟结果的可视化,为下一步工作奠定了基础。     

大规模并行粒子模拟中基于主从架构的负载平衡策略研究与实现

粒子方法作为一种直观而且普适的模拟方法,在化工、材料、生物等领域得到了广泛的应用。本文采用主从(Master／Slave)并行模型,基于正交递归对分法(recursive coordinate bisection,RCB)和规则网格,设计出一种适用于具有多种复杂粒子的粒子系统并行模拟的负载平衡方法。应用该方法,在集群系统上采用离散元方法模拟了某钢铁公司滚筒系统。模拟采用4个节点,根据是否利用负载平衡模块分别进行测试,计算结果分析表明采用本文的负载平衡策略,计算效率提高了约14％。本文的算法具有较好的通用性,可以方便地应用于其它粒子方法的大规模并行计算问题。     

大规模并行粒子模拟系统代码级优化研究与实现

粒子方法作为一种直观而且普适的模拟方法,在化工、材料、生物等领域应用愈加深入,其对计算机软硬件的要求亦越来越高,在原有的硬件设施上如何才能经济高效的实现性能的大幅度提升,成为目前粒子模拟研究人员所关注的问题之一.本文通过在多相复杂系统国家重点实验室高性能计算集群上进行大量的测试工作与分析,利用了多项技术,包括OpenMP、SSE等对大规模并行粒子模拟系统模拟程序代码层面进行优化,并对系统的未来进一步优化提出建议.     

基于粒子约束的布料实时模拟

采用修改的质点—弹簧模型对布料进行了物理模拟。弹簧不产生粒子间的内力,而是提供粒子间的相关约束。根据这些约束,在满足物理模型的相关条件下不断地调整粒子的位置,实现布料的实时模拟;利用空间哈希表,实现布料的自身碰撞检测;使用Nvidia显卡的统一计算架构(CUDA)技术,对布料模拟进行了硬件加速,使布料模拟的帧速得到了数十倍的提高。     

基于Intel MIC平台大规模耗散粒子动力学模拟的设计与优化

耗散粒子动力学(DPD)模拟是一种重要的研究流体动力学特性的计算模拟方法,基于Intel MIC平台设计实现了面向大规模耗散粒子动力学模拟,充分结合了DPD模拟本身的特性和MIC平台的特征。对DPD模拟中的近邻列表构建和短程作用力关键代码实现了向量化优化,在CPU和MIC协处理器之间采用任务计算负载平衡机制,支持MPI进程内线程数量负载平衡控制。分别在原型程序上和LAMMPS集成中做了性能对比分析,实验结果显示了引入相关优化技术的有效性,为进一步研究面向MIC众核平台的分子动力学相关工作奠定了基础。     

多处理系统并行活动的模拟实现技术

本文提出了在单处理机系统上模拟实现多处理系统中并行活动的基本理论与技术，并阐述了如何获得系统下的一些重要的性能参数，最后，利用面向对象程序设计方法（ＯＯＰ方法）给出了该模拟系统的高层设计框架。     

在微机机群上用PGHPF实现并行粒子模拟

由微机组成的微机机群因其高性能价格比正受到各研究领域的关注。我们建立了一个有16个PentiumPro2000MHzCPU的微机机群，并在此微机机群上用PGHPF实现了二维和三维并行粒子模拟程序。结果表明，PGHPF的性能要号MPI相比拟，最多用16个CPU同样能达到比较高的并行效率。     

液体前处理装置监控系统的可靠性设计与实现

液体前处理系统是一种新型样品微量组分检测预处理装置,主要用于样品提取和分析过程,特别适用于粮食、蔬菜、水果等固体物中微量组分的分析。液体前处理系统可靠性设计的思路主要根据人与环境特性,分别从计算机硬件、软件两个方面展开避错设计和容错设计,从而提高计算机系统工作的可靠性。     

粒子模拟中一种非结构化通用并行通信模式的研究和范型实现

中国科学院过程工程研究所多相反应实验室,建立了一个通用粒子模拟平台并已开始应用。目前类似的并行模拟系统采用的Shift并行通信模式往往有一些问题,需要一种新的通信模式来弥补它的不足。本文设计具有良好通用性的非结构化通信模式All2All,用来完成通用粒子方法模拟平台中计算节点问的通信。本文的算例证明这种通信模式可解决在粒子并行模拟Shift通信模式所不能处理的,具有复杂拓扑关系的相邻节点间的数据通信问题。本文设计的All2All通信模式方法只需稍加修改,就可以方便地应用于其它领域的并行计算系统。     

基于HSA的并行网络仿真系统设计与实现

为模拟不同激励下的网络行为,评估网络协议对网络结构发生变化时的反应,在研究了路由器及路由选择协议仿真技术的基础上,结合高性能计算机模拟体系结构HSA,提出并实现了一种并行网络环境仿真系统。通过对通用路由器节点、插件式路由协议、可替换流量节点以及网络拓扑生成部分的具体描述,对该系统作了详尽的探讨。最后通过一个环形拓扑,验证了该并行网络仿真系统与基于单机实现的网络仿真软件相比具有显著的优势。     

并行作业调度系统的设计与实现

在并行计算的作业调度过程中，涉及到调度系统两个方面的内容：调度策略和调度算法。文章讨论了调度策略的设计和调度算法的选择．并通过一个实际的并行处理系统加以说明。它使调度系统更好地满足了并行处理系统作业调度的需要，提高了系统资源的利用率。     

1394总线仿真系统设计与实现

随着1394总线在机载领域的广泛应用,出于低成本、灵活性考虑,地面配置、仿真、测试、监控、试验等环节急需建立一套完整的1394总线仿真测试系统。可靠的总线仿真系统可实现产品的模块级、系统级应用测试,同时最大程度地缩短系统研制周期,节省开发成本。提出一种1394总线仿真系统的设计方案,结合系统需求,从系统搭建、系统配置、系统监控与仿真及系统管理等进行详细介绍,建立全面、完备、可靠的仿真系统平台。可通过该平台对1394总线的通信机制、运行方式、工作原理以及系统应用进行深入研究,同时方便系统应用者进行故障检测、排查与设备维护,进而为机载设备的开发、验证、试验与应用提供可靠的技术保障。     

遗留系统并行架构的设计与实现

面向服务的体系架构(SOA)为遗留系统的再工程提供了解决方案,使得遗留系统可以支持分布式应用环境,但是由于技术的陈旧和架构的局限性,无法支持多线程、并行处理以及内存泄露等问题依旧在部分遗留系统中存在,极大地限制了它们的应用。为了解决这几个问题,通过深入分析研究Windows 通信基础(WCF)的通信机制,提出了一种并行架构,对WCF的基本架构进行了改造,即在默认的体系架构中添加一层服务控制器,用来在客户端和服务端之间传递消息和选择服务,很好地解决了这几个问题,并在某大型金融软件中得到了应用。     

大规模并行粒子模拟系统通信性能优化研究与分析

随着粒子模拟在化工、材料、生物等领域应用不断深入,计算规模越来越大,运行一个作业需要的高性能集群节点数也越来越多.因此,降低网络通信所占总运行时间开销成为提高粒子模拟系统整体运行性能的关键环节之一.本文测试了不同MPI消息传递环境、英特尔I/O加速技术以及网络设备驱动参数设置在多相复杂系统国家重点实验室高性能计算集群上的性能发挥情况,并通过优化有效提高了网络通信性能.最后对GAMMA等用户层通信协议替代TCP/IP通信协议进行了初步的可行性测试.