Beowulf并行计算系统的研究与实现

由高档微机或RISC工作站通过高速局域网连接呵成的集群系统的实现，使高性能计算机从研究与应用领域走进普通领域。该文介绍了如何在Linux操作系统下基于分布式存储结构构造一个由普通微机组成的Beowulf并行计算系统的方法。通过编制的并行计算算法对该Beowulf系统进行了并行效率的实际测试，测试结果表明该Beowulf系统具有很高的并行计算效率和并行加速比。     

基于MPI的伪谱法大涡模拟并行计算的研究

使用伪谱方法的大涡模拟准确、高效,但在高雷诺数情况下,计算量仍然非常巨大,需要采用并行方法,但是快速傅里叶变换的并行算法在实际应用中有很大的困难。针对这一问题,提出了一种新的基于MPI的伪谱法大涡模拟的并行计算方法。通过实例验证,该方法准确、易行、稳健,并且可以大幅提高计算速度,节省计算时间,这对大涡模拟在工程中的广泛应用具有重要意义。     

用于并行计算的PC集群系统构建*

在注射成形模拟研究过程中,涉及材料的牛顿和非牛顿黏性流动模拟和注射成形后期的冷却过程模拟,以及随时间变化各处的压力变化等科学和工程领域经常应用大规模科学计算。随着基于网格的计算和数据处理日益复杂,很多计算一般PC系统无法满足要求,需要超级计算环境。因为不断追求更高的计算精度和日益复杂的对象而扩大计算规模,传统的串行处理方式难以满足这些要求。因此,现代高性能计算的低成本、高效率成为选择并行计算的解决方式。重点阐述如何构建一个用于并行计算的PC集群系统,结合实例阐明MPI的实现方法,以及对PC集群系统进行了性     

基于MPI的伪谱法DNS并行计算方法研究

使用伪谱方法的直接数值模拟准确、高效,但在高雷诺数情况下,计算量非常巨大,需要采用并行方法,但是快速傅里叶变换的并行算法在实际应用中有很大的困难。针对这一问题,提出了一种新的基于MPI的伪谱法直接数值模拟的并行计算方法。通过实例验证,该方法准确、易行、稳健,并且可以大幅提高计算速度,节省计算时间,这对直接模拟在科学研究和工程实际中的广泛应用都具有重要意义。     

LBGK模型的分布式并行计算

以二维9速模型D2Q9(LBGK)为例,针对不同集合形状的流场,研究了数据分布与通信量及并行效率之间的关系。在“自强3000”集群式超级计算机上就流场网格的不同规模、多种数据分布及通信方案进行了数值实验。测试结果表明,LBGK模型的并行效率高、可扩展性好,在数据分布方案与流场网格形状相似时,并行效率最高。该结论与理论分析相吻合。     

OilCL:一个面向油藏数值模拟并行计算的通信库

ＯｉｌＣＬ是一个用于油藏数值模拟计算的可移植的通信库,虽然目前存在很多的通信库,如ＭＰＩ,ＰＶＭ等,但由于它们的通用性,而且其界面较低级而不适合油藏模拟数值计算,ＯｉｌＣＬ为油藏数值模拟计算程序员提供一个方便、自然的界面,它支持动态地建立和释放通信上下文／逻辑进程网格;支持基于源的消息选择;逻辑拓扑作为群通信子程序的参数并提供开发和运行模式,这些机制便于油藏数值模拟计算程序的设计,使程序可读性更强     

基于MPI的连铸模拟并行计算

鉴于连铸模拟计算量大和耗时较长的特点,提出了基于cluster计算环境下的一种并行算法,该算法基于“分而治之”的策略,采用主从模式对模拟计算的SIMPLER算法进行了并行化。通过在cluster并行计算机系统上的数值实验表明,该算法取得了较好的并行计算效果。     

油藏数值模拟有限元并行计算方法研究

针对目前油藏数值模拟普遍采用的有限差分法计算精度低的问题,提出了兼顾计算精度、计算速度问题的有限元油藏数值模拟方法,即在建立了油藏数值模拟数学模型的基础上通过有限元数值分析方法建立有限元数值模型,但有限元在油藏数值模拟时存在单机计算困难、计算时间长的问题,为此提出了利用区域分解技术的油藏数值模拟并行计算方法,最后将该方法通过实例进行检验,取得了良好的加速比和并行效率。     

并行计算在高超声速流场数值模拟中的应用

采用计算流体力学方法,对高超声速流场进行了多区并行计算研究。基于MPI消息传递库采用Fortran语言编制了CFD并行计算程序,对NS方程采用AUSMPW+格式和LU-SGS方法求解。针对流场采用多区剖分,将每一个子区分配给相应节点进行计算。每一迭代步,相邻子区域间交换边界数据。计算表明,本文所建立的程序和方法是可行的,能够进一步延伸到大规模并行计算和工程应用中。     

高超声速流动CFD并行计算研究

并行计算是CFD技术发展的必然趋势。本文从高超声速流动的特点出发,研究多分区结构网格下CFD并行计算方法,重点解决了区域之间流场信息的数据交换问题和边界处理问题,以保证流场的连续性。本文采用有限体积法求解高超声速流场,空间离散格式为Osher-Chakravarthy TVD格式,利用MPI消息传递模式完成数据交换,在自主搭建的PC集群上进行算例考核,验证了算法的可行性和正确性。     

并行计算在动态模式识别中的实现和应用*

研究一种针对最近提出的动态环境下的机器学习理论——确定学习理论的算法实现,提出一种采用并行计算实现确定学习理论中的动态模式识别的方法。利用并行计算中的OpenMP多核编程环境,采用曙光16核服务器为硬件平台,实现对动态模式识别算法的快速性。同时,以压气机Mansoux模型为应用背景,把确定学习理论的动态模式识别方法应用到压气机旋转失速/喘振的快速检测中,利用多核并行计算实现了从包含多种旋转失速/喘振模式的模式库中快速识别当前模式的方法,为文章中方法提供了一个有效的验证。     

多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。     

基于MPI的不可压缩N-S方程并行计算方法的研究

在目前的计算流体力学问题中,当求解N-S方程等大型科学计算问题时,存在着计算量大、耗时长的问题,对此提出了一种MPI并行算法,其中包括并行求解三对角矩阵与超松弛迭代。通过实例验证,该方法准确、可靠,并且可以大大缩短计算时间,对于大型科学计算问题具有很好的适用性。     

基于机群计算的星载SAR回波并行仿真研究

在星载合成孔径雷达（SAR）回波仿真时域算法和基于FFT的频域模拟算法的基础上,对星载SAR回波仿真的并行化算法进行了研究。基于通用计算机平台构成机群,采用SOCKET通信机制进行消息传递及数据传送,实现了回波仿真的并行化处理。通过对并行算法加速性能的分析,证明了该算法能有效地加速回波仿真的进程。利用Chirp Scaling（CS）算法对仿真数据进行成像,验证了该算法的有效性。     

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。     

多核环境下AREM模式混合并行计算研究

使用多核处理器已成为构建高性能计算机系统的主流方式。结合多核高性能计算机系统集共享内存结构和分布式内存结构于一体的体系结构特点,对AREM模式开展MPI/OpenMP混合并行计算研究与实现。性能测试结果表明,使用MPI/OpenMP混合并行计算可以将并行应用扩展至更大处理机规模,缩短计算时间,不对原程序结构做大的改动、以增量方式和较小的并行化代价,取得比较好的并行计算效果。     

基于并行计算的大规模群体行为建模与仿真方法研究

为解决当前群体行为模型因规模扩大而导致计算量剧增的问题,采用并行离散事件方法构建了大规模群体行为模型,利用YH-SUPE仿真引擎实现了群体行为模型的并行计算。重点介绍了模型中仿真对象和仿真对象信息交互的设计方法,并对该模型在不同数量的节点和仿真实体的环境下进行了测试。实验结果表明,将并行计算引入群体行为建模之中,可以显著提高仿真个体的数量,更加有效地支持了群体模型的实时运行。     

激光推进数值模拟预处理并行算法研究*

激光推进数值模拟预处理程序为数值模拟主程序提供网格信息和设置边界条件,实现并行计算可以缩短大规模网格生成时间,从而提升高分辨率数值模拟的效率。分析并利用公用数据的特点改进原有串行算法,进而实现并行计算。算法测试结果表明,该并行算法有效地缩短了网格生成时间。