【摘要】：成形模擬中的多場(chǎng)耦合分析,非線性多尺度耦合分析等問題通常需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行多次計(jì)算以得到有效的結(jié)果,另外這些計(jì)算又必須在合理的時(shí)間內(nèi)完成。本文主要從并行計(jì)算架構(gòu)方面研究成形模擬中的計(jì)算加速方法,提出了基于CPU/GPU架構(gòu)的協(xié)同異構(gòu)計(jì)算模型來縮短成形模擬過程中的計(jì)算時(shí)間。 本文把工作重點(diǎn)放在了如何優(yōu)化CPU/GPU協(xié)同異構(gòu)計(jì)算模型,縮短計(jì)算時(shí)間問題的研究上,通過對(duì)成形模擬中求解多物理場(chǎng)耦合,多尺度耦合分析過程中的溫度場(chǎng)問題,應(yīng)力應(yīng)變問題經(jīng)常用到的有限差分法,矩陣與向量乘積等常用計(jì)算方法的GPU架構(gòu)的程序?qū)崿F(xiàn),極大的提高了計(jì)算效率,將大量計(jì)算轉(zhuǎn)移到計(jì)算效率較高的GPU架構(gòu)上來,減輕CPU的計(jì)算壓力,縮短計(jì)算時(shí)間。本文通過對(duì)六個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化方案的實(shí)驗(yàn)分析,不斷優(yōu)化CPU/GPU異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,經(jīng)過各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,得出了比較合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案,針對(duì)GPU架構(gòu)在科學(xué)計(jì)算方面的一些缺陷,通過CPU來協(xié)同完成。通過將完全位串鏈表與位掩碼結(jié)合在一起使用優(yōu)化了存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算性能的影響,測(cè)試發(fā)現(xiàn),優(yōu)化方案比沒有優(yōu)化過的方案有25倍的性能提升。在程序設(shè)計(jì)和收斂求和計(jì)算過程中充分利用共享內(nèi)存空間,減少不必要的數(shù)據(jù)同步,減少導(dǎo)致緩存命中率下降的因素。通過使用分支同步的方法來處理?xiàng)l件分支,在發(fā)生條件分支時(shí),轉(zhuǎn)移方向相同線程的先執(zhí)行完分支中的指令,然后另外一個(gè)轉(zhuǎn)移方向的線程再執(zhí)行另外一個(gè)分支中的指令優(yōu)化了單指令多線程技術(shù)對(duì)計(jì)算性能的影響。 通過實(shí)驗(yàn)評(píng)估,CPU/GPU協(xié)同異構(gòu)計(jì)算模型能解決比單個(gè)CPU或者GPU計(jì)算系統(tǒng)大16倍左右的問題,卻能得到少于20%的錯(cuò)誤率,系統(tǒng)負(fù)載率只有之前的60%,系統(tǒng)計(jì)算效率有50%以上的提升。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和并行計(jì)算系統(tǒng)現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì),相信CPU/GPU協(xié)同異構(gòu)計(jì)算將成為并行計(jì)算發(fā)展歷程中越來越重要的一環(huán)。本文的研究?jī)?nèi)容具有重要的工程意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TP338.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719428