【摘要】：近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和氣體潤(rùn)滑技術(shù)的迅速發(fā)展,該領(lǐng)域所研究的問題不斷擴(kuò)展和深化,使得目前計(jì)算機(jī)的單機(jī)性能已經(jīng)無法滿足計(jì)算需求,采用并行方法求解這類問題顯得尤為重要。為了探究GPU并行算法的實(shí)現(xiàn)原理,本文先對(duì)GPU的基本結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行研究,分析了CFD程序在GPU上的實(shí)現(xiàn)過程和執(zhí)行方式,并設(shè)計(jì)了一套求解N-S方程的GPU并行算法。針對(duì)該算法,利用CUDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)超音速平板流動(dòng)算例的GPU并行計(jì)算,以此來驗(yàn)證算法的可行性和正確性,并對(duì)流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果和程序加速比進(jìn)行探討。在GPU并行算法成功實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文對(duì)氣體靜壓潤(rùn)滑流場(chǎng)的串行程序進(jìn)行重構(gòu),實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的GPU并行計(jì)算,通過雷諾方程驗(yàn)證了GPU并行程序的正確性,并對(duì)流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。此外,通過幾種優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)了GPU并行計(jì)算程序的性能優(yōu)化,文中主要采用的優(yōu)化方法有:對(duì)GPU中全局存儲(chǔ)器和共享存儲(chǔ)器的訪問優(yōu)化、對(duì)主機(jī)與設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化以及對(duì)GPU指令集的優(yōu)化。本文主要設(shè)計(jì)了一套適用于CFD計(jì)算程序的GPU并行算法,應(yīng)用該算法分別求解了超音速平板流動(dòng)算例和氣體靜壓潤(rùn)滑流場(chǎng)計(jì)算程序,并通過幾種優(yōu)化方法,對(duì)GPU并行程序進(jìn)行性能優(yōu)化。結(jié)果表明:GPU的計(jì)算速度明顯比CPU要快;GPU與CPU的計(jì)算結(jié)果偏差較小,幾乎可以忽略,在精度要求不是特別嚴(yán)格的情況下,完全可以采用GPU代替CPU進(jìn)行數(shù)值計(jì)算;N-S方程的計(jì)算結(jié)果捕捉到雷諾方程無法計(jì)算得出的溫度現(xiàn)象;在所有優(yōu)化方法中,對(duì)GPU存儲(chǔ)器的訪問方式進(jìn)行優(yōu)化,屬于較高層次的優(yōu)化方法,取得的優(yōu)化效果較為明顯,其他幾種屬于較低層次的優(yōu)化方法,取得的優(yōu)化效果比較有限。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O35;TP332
【圖文】：

re）的圖形處理單元（Graphic Process Unit，簡(jiǎn)稱 GPU）方向[4]。因特爾（intel）公司自主研發(fā)的酷睿（Core）系列處理器，其最i9-9900K 處理器[5]，內(nèi)核時(shí)鐘頻率已經(jīng)達(dá)到了 3.6GHz，但是受能耗在現(xiàn)有架構(gòu)上單核心 CPU 的時(shí)鐘頻率已經(jīng)很難提高，該 CPU 的 所示。

同時(shí)期 CPU 與 GPU 單精度浮點(diǎn)數(shù)理論計(jì)算峰值對(duì)比圖[8]，圖終高于 CPU，2016 年兩者的計(jì)算差距甚至達(dá)到了一個(gè)數(shù)量級(jí)因是兩者的架構(gòu)完全不同，GPU 所擁有的計(jì)算核心數(shù)遠(yuǎn)多于

達(dá)（NVIDIA）公司 2017 年年中發(fā)布的旗艦級(jí)計(jì)算顯卡 Tesla V達(dá)到了 5120 個(gè)，單精度浮點(diǎn)數(shù)理論計(jì)算峰值為每秒 14 萬億次（圖 1.3 所示。與上文提到的 intel Core i9 系列 CPU 相比，無論是點(diǎn)運(yùn)算能力，都有較大差距。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳國(guó)良;孫廣中;徐云;呂敏;;并行算法研究方法學(xué)[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2008年09期

2 陳國(guó)良;昔日王榭堂前燕,飛入尋常百姓家淺談并行算法[J];新電腦;2002年12期

3 方同祝;并行算法在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J];微機(jī)發(fā)展;1999年04期

4 壽標(biāo),李曉峰;更實(shí)際的并行算法的設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;1996年06期

5 韓曉言，韓禎祥;預(yù)處理并軛梯度法在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析并行算法中的應(yīng)用研究[J];電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào);1996年02期

6 李慶華，陸楓;使用《并行算法的設(shè)計(jì)與分析》一書作教材的體會(huì)[J];教育與現(xiàn)代化;1996年03期

7 張朝陽，王海期，孫炳楠，唐錦春;多跨輸電線平面振動(dòng)特性的并行算法[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年04期

8 許丹柯;;并行計(jì)算機(jī)選型及并行算法評(píng)估[J];石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用;1994年02期

9 王川龍，郭耀鵬;H－分裂與并行算法[J];工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào);1995年03期

10 朱方生;線性二次型最優(yōu)控制的并行算法和軟件[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 焦龍;郭亞紅;紀(jì)守領(lǐng);李金寶;;基于多核計(jì)算機(jī)的分子動(dòng)力學(xué)并行算法的實(shí)現(xiàn)[A];黑龍江省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2010年

2 姚向東;;并行算法到并行結(jié)構(gòu)的映射[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2001）[C];2001年

3 王軼;席裕庚;;自適應(yīng)極點(diǎn)配置器設(shè)計(jì)中的并行算法[A];1994中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1994年

4 高華;苗世光;;城市小區(qū)尺度模式并行算法研究[A];中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2006年年會(huì)“中尺度天氣動(dòng)力學(xué)、數(shù)值模擬和預(yù)測(cè)”分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2006年

5 張衡;張武;;三維拋物型初邊值問題的塊三對(duì)角可擴(kuò)展并行算法[A];2007年全國(guó)開放式分布與并行計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(上冊(cè))[C];2007年

6 樊洪明;李先庭;趙彬;任鴻澤;;有限元分布式并行算法研究[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2002年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

7 王雷章;張愛武;劉曉萌;;三維建模中平面分割并行算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)第五次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨2006年全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

8 陳平;喬秀全;劉臻;田小萍;;數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)格中決策樹并行算法設(shè)計(jì)及性能分析[A];中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信軟件技術(shù)委員會(huì)2009年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

9 林偉軍;王秀明;張海瀾;;彈性波在非均勻各向異性介質(zhì)中的傳播模擬及其并行算法[A];2004年全國(guó)物理聲學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

10 鄧力;張文勇;劉杰;許海燕;王瑞宏;李樹;;非定常粒子輸運(yùn)蒙特卡羅并行算法研究[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2003）[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 ;并行算法研究進(jìn)展[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2004年

2 新華社記者 奚啟新 本報(bào)通訊員 李汛 記者 喻國(guó)英;精彩人生[N];光明日?qǐng)?bào);2005年

3 新華社記者　奚啟新　本報(bào)記者　廖文根;三次選擇　無怨無悔[N];人民日?qǐng)?bào);2005年

4 記者 溫婷;中國(guó)超算再度登頂全球500強(qiáng)[N];上海證券報(bào);2016年

5 ;名師上講臺(tái)：每堂課都是精心編排的演出[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

6 宋宇;高性能計(jì)算面臨三大難題[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2000年

7 本報(bào)記者 趙波 本報(bào)特約記者 劉程 本報(bào)通訊員 章立丁;一位巾幗學(xué)者的無悔征程[N];解放軍報(bào);2005年

8 宋家雨;混合型高性能計(jì)算落戶深圳[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2007年

9 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系 薛巍;電網(wǎng)仿真考驗(yàn)高性能計(jì)算[N];計(jì)算機(jī)世界;2006年

10 陳文光 鄭緯民;高性能計(jì)算的三大研究領(lǐng)域[N];計(jì)算機(jī)世界;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張加樂;面向求解三維復(fù)雜流動(dòng)問題的GPU并行算法及其應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

2 周毅;多核CPU/眾核GPU加速的并行優(yōu)化算法研究[D];武漢大學(xué);2016年

3 潘斌;幾何定理機(jī)器證明并行算法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（成都計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所）;2006年

4 曾清紅;無網(wǎng)格數(shù)值模擬的并行算法及并行實(shí)現(xiàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 杜云飛;容錯(cuò)并行算法的研究與分析[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

6 雷國(guó)慶;基于FPGA的圖計(jì)算并行算法和體系結(jié)構(gòu)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

7 李雪寶;太陽望遠(yuǎn)鏡海量數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(云南天文臺(tái));2015年

8 鄔貴明;FPGA矩陣計(jì)算并行算法與結(jié)構(gòu)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

9 廖臣;三維電磁粒子模擬并行算法及其應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2010年

10 李鴻健;并行算法在激光化學(xué)反應(yīng)模擬中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 姜慶郁;基于GPU并行算法的擴(kuò)展多面體DEM-SPH流-固耦合數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2019年

2 王永振;基于N-S方程的氣體靜壓潤(rùn)滑流場(chǎng)GPU并行算法研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2019年

3 鄧大博;基于Spark計(jì)算框架下的帶容量約束的車輛路徑問題并行算法研究[D];廈門大學(xué);2017年

4 王晟;基于CUDA平臺(tái)的有限元單元級(jí)別并行算法研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2019年

5 劉曉東;三維結(jié)構(gòu)熱仿真并行算法研究及軟件設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2017年

6 元潤(rùn)一;基于深度學(xué)習(xí)的檢測(cè)與分割并行算法研究[D];吉林大學(xué);2019年

7 段素霞;二維中子輸運(yùn)問題的特征線并行算法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

8 任沂斌;高性能集群下LiDAR數(shù)據(jù)生成DEM并行算法研究[D];南京大學(xué);2015年

9 洪文杰;基于申威處理器的PETSc異構(gòu)并行算法設(shè)計(jì)和研究[D];湖南大學(xué);2018年

10 趙濤;一種三維非定常線彈性問題的自適應(yīng)并行算法[D];湘潭大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2756081