神威太湖之光是目前Top500榜單上排名第一的超級計(jì)算機(jī),整機(jī)Linpack性能達(dá)到93 PFlops,以國內(nèi)自主研發(fā)的SW26010眾核處理器為主要的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。OpenFOAM(Open Source Field Operation and Manipulation)是計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域使用最廣泛的開源軟件包,OpenFOAM基于C++語言設(shè)計(jì)開發(fā),而SW26010的從核編譯器不支持C++,使得OpenFOAM無法直接在該架構(gòu)上有效運(yùn)行。本文基于SW26010的主核/從核的體系架構(gòu)移植了OpenFOAM的核心計(jì)算代碼,并采用混合語言編程實(shí)現(xiàn)的方式解決編譯不兼容的問題。此外,本文在從核上實(shí)現(xiàn)不同的稀疏矩陣存儲(chǔ)格式和預(yù)處理方法,并通過向量化,寄存器通信和動(dòng)態(tài)任務(wù)劃分等方法進(jìn)一步優(yōu)化,單核組的性能較編譯器優(yōu)化代碼提高了10倍左右,與Intel(R)Xeon(R)CPU E5-2695 v3串行執(zhí)行性能相當(dāng)。同時(shí)本文通過MPI和加速線程庫的混合模型將OpenFOAM的從核實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展到了多核組集群上,并取得了較好的擴(kuò)展性。本文主要有三點(diǎn)貢獻(xiàn):(1)將OpenFOAM移植到SW26010處理器上,解決編譯器不兼容問題,并將核心算法從C++轉(zhuǎn)換為C語言;(2)在SW26010處理器眾核結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不同的稀疏矩陣存儲(chǔ)格式和預(yù)處理方法,并使用MPI與加速線程庫的混合模型將從核代碼擴(kuò)展到多個(gè)核組;(3)結(jié)合SW26010處理器的體系架構(gòu),使用向量化、寄存器通信和動(dòng)態(tài)任務(wù)劃分等方法對求解器性能進(jìn)行優(yōu)化,顯著提高了OpenFOAM求解器的運(yùn)行速度。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP338
【部分圖文】：

立方體的上邊界是一個(gè)沿 x 方向移動(dòng)的面，其他均是靜止的面，Cavity 算例下使用icoFOAM 求解器瞬態(tài)求解不可壓縮牛頓流體層流，算例網(wǎng)格由 OpenFOAM 自帶的網(wǎng)格生成工具 blockMesh 生成，可以在 xyz 三個(gè)方向進(jìn)行切分，如圖6 1所示，默認(rèn)的算例規(guī)模為 400，單核組并行效率測試和多核組弱擴(kuò)展性測試的規(guī)模為 160000，多核組強(qiáng)擴(kuò)展性測試的規(guī)模為 2560000。圖 6 1 Cavity 算例Fig 6 1 Cavity test case— 43 —

PitzDaily 算例下使用 simpleFOAM 求解器瞬態(tài)求解后向的不可壓縮湍流，算例網(wǎng)格由 OpenFOAM 自帶的網(wǎng)格生成工具 blockMesh 生成，可以在 xy 兩個(gè)方向進(jìn)行切分，如圖6 2所示，默認(rèn)的算例規(guī)模為 12225，單核組并行效率測試和多核組強(qiáng)弱擴(kuò)展性測試的規(guī)模均為 305625。圖 6 2 PitzDaily 算例Fig 6 2 PitzDaily test case測試算例 sWing 對應(yīng)的物理模型是長寬為 7000，高為 3500 的立方體，sWing 算例下使用 simpleFOAM 求解器瞬態(tài)求解不可壓縮湍流，算例網(wǎng)格由 OpenFOAM 自帶的網(wǎng)格生成工具 blockMesh 生成，可以在 xyz 三個(gè)方向進(jìn)行切分，如圖6 3所示

PitzDaily 算例下使用 simpleFOAM 求解器瞬態(tài)求解后向的不可壓縮湍流，算例網(wǎng)格由 OpenFOAM 自帶的網(wǎng)格生成工具 blockMesh 生成，可以在 xy 兩個(gè)方向進(jìn)行切分，如圖6 2所示，默認(rèn)的算例規(guī)模為 12225，單核組并行效率測試和多核組強(qiáng)弱擴(kuò)展性測試的規(guī)模均為 305625。圖 6 2 PitzDaily 算例Fig 6 2 PitzDaily test case測試算例 sWing 對應(yīng)的物理模型是長寬為 7000，高為 3500 的立方體，sWing 算例下使用 simpleFOAM 求解器瞬態(tài)求解不可壓縮湍流，算例網(wǎng)格由 OpenFOAM 自帶的網(wǎng)格生成工具 blockMesh 生成，可以在 xyz 三個(gè)方向進(jìn)行切分，如圖6 3所示

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 袁娥;張?jiān)迫?孫相征;;RAM(h)模型下SpMV存儲(chǔ)訪問復(fù)雜度的分析[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2009年03期

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1 應(yīng)智;基于GPU的OpenFOAM并行加速研究[D];上海交通大學(xué);2012年

本文編號：2815943