高性能計算集群是一種以提高科學計算水平為目標的集群技術,它優(yōu)秀的擴展性,超高的性價比等優(yōu)點給空間科學計算、人工智能、氣象預報、航天科技、金融等領域帶來了空前的發(fā)展前景�？臻g數(shù)值模擬技術是依靠高性能計算集群來模擬空間物理現(xiàn)象的計算機模擬技術。全粒子模擬(Particle In Cell,PIC)算法是一種用于磁場重聯(lián)中的重要模擬技術,它依靠高性能計算集群,通過在一定的區(qū)域內劃分網(wǎng)格的方式來跟蹤計算大量的等離子體粒子的運動,這個過程計算量巨大,對集群性能的要求很高。本文圍繞高性能計算集群展開研究。第一,介紹了高性能計算集群的發(fā)展與重要性;第二,詳細介紹了高性能計算集群的架構,配套部件以及相關軟件,基于此集群,介紹了CPU+MPI并行技術與CPU+GPU并行異構計算技術;第三,介紹了全粒子模擬(PIC)方法,給出了粒子模擬中的重要方程,以及經(jīng)典的PIC模擬程序的基本流程,并給出了近年來利用PIC模擬技術在磁場重聯(lián)上的相關進展應用;第四,利用HPL(High Performance Linpack)基準測試方法對集群刀片計算節(jié)點(CPU節(jié)點)進行了浮點計算性能測試,并利用優(yōu)化的經(jīng)典PIC程序對...

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 高性能計算集群的簡介與必要性
    1.2 高性能計算集群在數(shù)值模擬中應用
    1.3 空間等離子體數(shù)值模擬研究背景
    1.4 本文的主要內容與結構安排
第二章 南昌大學高性能計算機集群介紹
    2.1 南昌大學高性能計算集群建設意義
    2.2 并行計算集群設備情況
    2.3 集群的作業(yè)調度系統(tǒng)
    2.4 集群監(jiān)控系統(tǒng)
    2.5 CPU+MPI并行計算原理
    2.6 CPU+GPU異構并行計算原理
    2.7 本章小結
第三章 全粒子模擬方法概述與應用
    3.1 全粒子模擬(PIC)方法概述
    3.2 PIC模擬算法基本流程
    3.3 全粒子模擬在磁場重聯(lián)中應用
    3.4 本章小結
第四章 基于高性能計算集群的經(jīng)典粒子模擬程序性能分析
    4.1 刀片計算節(jié)點峰值能力測試
    4.2 CPU平臺在全粒子模擬中的加速性能
        4.2.1 CPU計算節(jié)點簡介
        4.2.2 PIC程序在CPU節(jié)點的模擬結果
    4.3 GPU平臺在全粒子模擬中的加速性能
        4.3.1 GPU節(jié)點簡介
        4.3.2 PIC程序在GPU節(jié)點模擬結果
    4.4 基于經(jīng)典粒子模擬程序的CPU平臺與GPU平臺測試結果對比
    4.5 本章小結
第五章 針對磁重聯(lián)中磁島演化過程的粒子模擬結果分析
    5.1 磁場重聯(lián)簡介
    5.2 全粒子模擬結果
    5.3 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 論文總結
    6.2 未來工作展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間的研究成果



本文編號：3956675