并行油藏数值模拟软件的实现及在国产高性能计算机上的应用

主要介绍了百万网格点规模的精细油藏数值模拟在国产高性能并行计算机与微机机群系统上的应用情况。针对若干组来自于国内油田的百万网格点实际数据，给出了在多种国产并行机环境下的运行结果，并作了分析与评价，在此基础上，讨论并行油藏数值模拟软件高效过程中遇到的关键技术，探讨大型软件并行化过程中经常遇到的瓶颈问题及改进方案。     

大规模油藏数值模拟软件并行计算技术及在Beowulf系统上的应用进展

本文主要介绍了大规模油藏数值模拟并行计算技术在国内的研究进展,提供了精细油藏模拟在国产Beowulf系统上的计算实例和应用效果,给出了百万网格点规模的油藏应用算例在不同处理器规模下的数值模拟计算结果与性能分析,并实现了一个针对海量数据可视化的三维图、二维图、表格显示的后处理显示系统．     

面向超大规模并行模拟的LBM计算流体力学软件

格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是一种基于介观模拟尺度的计算流体力学方法,已被广泛用于理论研究和工程领域。提高LBM计算流体软件的并行模拟能力,是高性能计算及应用研究中的一项重要内容。该研究基于“神威·太湖之光”超级计算系统,设计并实现了一套高效扩展的LBM计算流体力学软件。针对国产众核处理器SW26010的架构,文中设计了以下几种提高SWLBM方针速度和可扩展性的多级并行技术,包括面向19点stencil的数据复用、碰撞过程向量化、主从异步并行通信计算隐藏等。基于以上并行优化方案,文中测试了高达56000亿网格的数值模拟,SWLBM软件持续浮点计算性能达到4.7 PFlops,软件模拟速度提高了172倍。相比百万核心10000*10000*5000网格风场模拟,SWLBM整机千万核心的并行效率可达87%。测试结果表明,SWLBM有能力为工业应用提供实用的大规模并行模拟解决方案。     

OpenFoam中多面体网格生成的MPI+OpenMP混合并行方法

网格生成是计算流体力学中非常重要的一环,大规模数值模拟过程中对网格精度要求的提高会导致网格生成所耗的时间增加。文中基于OpenFoam开源软件中的网格生成算法,主要研究多面体网格的并行生成,并提出OpenMP和MPI混合并行的多面体网格生成方法。通过理论分析得到,使用混合并行方法生成相同质量的网格时,混合并行方法生成网格的时间消耗随着线程数量和网格单元数量的增加而减少。3组使用不同求解器的数值模拟实验结果表明,该混合并行方法不但可以保证生成网格的质量——可以正常进行数值计算模拟且模拟结果与原方法相比几乎没有差别,而且生成同样质量与数量网格的耗时最多可以缩短至未使用OpenMP并行方法之耗时的1/4以内。     

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.     

一种基于SMP的并行逐次超松弛迭代法

逐次超松弛迭代方法被广泛应用于油藏数值模拟中压力方程的求解.其并行实现是提高模拟速度的重要途径.传统并行方案大都只是在一次迭代内进行数据划分,而没有进一步将数据划分与迭代空间划分相结合,故针对SOR算法和SMP（symmetric multi-processors）系统的特点,以OpenMP为并行化实现工具,提出了基于SMP的并行逐次超松弛迭代方法（parallelSOR）.方法通过改变不同迭代步内数据点的更新次序,使不同区域内的数据点可以并行执行多次迭代.总结出针对三维油藏区域在数据空间划分和迭代空间合并上相对较优的策略,分析了迭代过程中网格块的生长形状.与传统的并行策略相比,该方法具有可减小同步开销、改进数据局部性、cache命中率高等优点.实验结果表明,该方法具有较高的加速比和效率.     

局域网分布式并行计算环境的建立及应用

主要介绍了以PVM系统作为局域网并行计算平台,在工作站机群上,建立了局域网分布式并行计算环境,简单介绍了在此并行环境中开发的多层二维二相油藏数值模拟的并行计算软件,利用工作站机群开发并行油藏模拟软件是为了探索解决大规模油藏模拟的行之有效的方法。     

直接模拟Monte Carlo方法并行化研究

传统的直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法大部分应用于稀薄气体的数值模拟计算,在较高密度和较大尺度模拟的情况下该方法需要的大计算量限制了其向更广泛领域发展.结合高性能计算发展带来的契机,提出利用并行化作为提升DSMC方法计算效率的手段,以推动更多对DSMC的研究,使其使用范围得到发展.对DSMC方法进行并行化分析,发现其属于不易并行的方法.同时根据分析结果提出了全局网格并行化解决方案,通过数值验证了该并行策略对于DSMC方法在计算效率上确实有显著的提升.     

非均匀区域油藏模拟负载平衡的分区并行算法*

基于分布式并行计算机系统,对一类非均匀区域的油藏数值模拟问题,采用了区域分解方法并行求解,给出了并行求解的负载平衡模型及区域负载平衡的一种有效分区算法,从而将这类油藏数值模拟问题均衡映射到并行环境中,高效地并行求解.在黑油油藏数值模拟并行软件的研究中,实验结果表明,该算法有利于提高加速比.     

并行多块结构重叠网格装配算法及应用

针对多块结构重叠网格并行装配的问题,设计了支持初始网格系统细分的多块结构重叠网格框架,并在此框架基础上提出了基于局部洞映射的并行挖洞算法、格心网格下可跨块寻点的并行搜索算法,使之可适应大规模并行数值模拟时的分布式计算环境。此算法被模块化的集成到了自主研发的大规模多块结构网格数值求解器（CCFD-MGMB）中,可支持大规模并行非定常多体分离数值模拟。并行测试结果表明,本文发展的算法具有良好的局部数据结构组织,数据可扩展性强。数值应用模拟结果表明了该算法的有效性及正确性,千核并行非定常数值计算效率（相对于64核）可达58%。     

基于网络的分布式机群并行仿真平台开发

该文介绍了基于网络的分布式机群并行仿真软件平台SIMNOWs的基本情况及开发。由主服务器、节点机构成基于局域网络的分布式机群并行仿真平台体系结构。作为整个系统的核心，服务器端管理系统根据两个守护进程而设计出节点管理系统和作业管理系统，采用了动态抢先式的动态负载平衡解决并行中的负载问题。     

Benchmarking parallel processing platforms: an applicationsperspective

Given the increased availability of general purpose parallel computers two issues arise: One needs to compare the performance of the different available platforms using realistic examples, and it is necessary to write application software that can be ported easily in order to take advantage of different platforms. The authors address these issues from an applications point of view. They are interested in the use of general purpose parallel computers for simulation tasks needed during the design of very large scale integrated (VLSI) circuits. They characterize the simulation task as a useful benchmark and introduce a high level process view of parallel simulation that is helpful for deriving portable parallel programs. Details of the partitioning strategy and the simulation algorithm used in the application are given. They discuss their implementation on different parallel machines and give statistics of various experiments     

Massively parallel quantum computer simulator

We describe portable software to simulate universal quantum computers on massive parallel computers. We illustrate the use of the simulation software by running various quantum algorithms on different computer architectures, such as a IBM BlueGene/L, a IBM Regatta p690+, a Hitachi SR11000/J1, a Cray X1E, a SGI Altix 3700 and clusters of PCs running Windows XP. We study the performance of the software by simulating quantum computers containing up to 36 qubits, using up to 4096 processors and up to 1 TB of memory. Our results demonstrate that the simulator exhibits nearly ideal scaling as a function of the number of processors and suggest that the simulation software described in this paper may also serve as benchmark for testing high-end parallel computers.     

一种适于黑油模型并行的快速新解法--改进的GMRES算法

本文应用区域分解算法进行油藏模拟的并行计算研究,寻求可高效并行求解三维三相数值模拟问题的最优算法。在对流行的预处理共轭梯度算法及GMRES算法进行对比研究的基础上,提出了改进的GMRES算法,这种算法具有迭代参数不需优化、收敛快、可得到较精确解等优点。应用该解法对三维三相黑油模型软件进行并行化改造。通过模型及实际油藏计算,比软件原算法及GMRES算法的计算速度得到大幅度提高。并行效率较高,并行化后的模拟软件可以有效地解决大型整装构造油藏的数值模拟问题。     

动态环拓扑多机系统上DBP学习算法并行计算模型的构造与实现

人工神经网络模型的软件模拟，其并行算法的设计、实现及性能评价对于神经网络计算机和各种专用神经网络ＶＬＳＩ芯片的研制具有十分重要的意义．本文首先构造了一个分布式存储器、信息传递方式的多机系统作为软件模拟人工神经网络的平台，并用一个环拓扑结构的多Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ网络予以实现．接着提出并实现了一个适用于动态环拓扑形式的ＤＢＰ并行计算模型，它主要包括神经元的划分和映射策略；ＤＢＰ中活性值、误差反向传播及权值修改的多机并行算法．然后讨论该ＤＢＰ算法的时间复杂度和加速比．     

新一代并行可扩展裂缝性油藏聚合物驱模拟器的开发

石油作为一种主要能源,在交通、工业生产以及日常生活中发挥着重要作用。大量的新技术已经被开发并用于最大化石油生产,比如聚合物驱等技术在我国得到了广泛的应用。天然裂缝油藏聚合物驱模拟对油田的可持续生产和延长油田寿命至关重要。开发了一种可扩展的并行油藏模拟器,用于使用聚合物驱技术模拟天然裂缝性油藏的石油开采,使油藏工程人员能够利用强大的并行计算机研究生产技术,优化采油过程。通过与现有的商用软件对比,数值结果验证了该模拟器的正确性和有效性。此外,数值实验也证明了该模拟器拥有良好的扩展性,它可以使用成千上万的CPU核来计算具有数亿个网格块的大规模油藏模型。     

基于NI Multisim10的仿真研究

随着科技的发展,越来越多的电子电路设计在计算机中完成.Multisim便是众多电子线路仿真软件之一,直观、便捷的特点使其在电子设计中具有广泛的应用.文章简要介绍了在最新版本NI Multisim 10中构建三极管放大电路,并利用软件自带的工具分析仿真结果,重点突出该仿真软件给教学、科研、设计、学习等工作带来的简单、直观、灵活的效果.