格子玻爾茲曼方法（Lattice Boltzmann method,LBM）是計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）中廣泛使用的方法,具有天然的并行性,尤其適合大規(guī)模并行計(jì)算。近年來,高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷的發(fā)展,采用異構(gòu)眾核處理器作為加速部件的異構(gòu)眾核超級計(jì)算機(jī)已漸漸成為主流。本文在典型的異構(gòu)眾核超級計(jì)算機(jī)天河二號上,針對開源3D多相流LBM軟件OpenLBMFlow開展了大規(guī)模異構(gòu)并行計(jì)算研究。主要工作和貢獻(xiàn)如下:（1）對基于格子BGK和Shan-Chen模型的LBM多相流算法和OpenLBMFlow程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行了深入剖析,根據(jù)典型異構(gòu)并行體系結(jié)構(gòu)平臺特點(diǎn),設(shè)計(jì)了多層次的LBM流場區(qū)域分解方法。分別從任務(wù)層、異構(gòu)協(xié)同層、數(shù)據(jù)層、指令層方面描述了LBM多相流模擬的多層次多粒度并行性,提出了大規(guī)模異構(gòu)協(xié)同眾核并行算法,并對算法的性能瓶頸進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上從通信、負(fù)載均衡以及LBM算法層面提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。（2）在天河二號超級計(jì)算機(jī)上,采用OpenMP4.5加速器模型,實(shí)現(xiàn)了OpenLBMFlow基于MPI+OpenMP4.5+SIM... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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計(jì)算流體力學(xué)中交叉學(xué)科關(guān)系

國防科技大學(xué)研究生院專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文可將形狀不規(guī)則的計(jì)算流場域分解成若干規(guī)則的子區(qū)域，允許不同子區(qū)域使用不同的模型，提升并行效率。在區(qū)域分解方法每步迭代中，每個(gè)子區(qū)域的計(jì)算流程同串行程序的流程相同。只是需要在每步迭代后使用并行語句來傳遞交換邊界處的數(shù)據(jù)，交換的數(shù)據(jù)量少，并行效率高[13]。同時(shí)這樣的并行方法可以很容易將原來的串行程序移植為并行程序。如圖 1.3 是 CFD 區(qū)域分解計(jì)算的流程圖。

國防科技大學(xué)研究生院專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文1.4 論文結(jié)構(gòu)全文共分為五章，論文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖 1.4 所示，各章節(jié)內(nèi)容安排如下第一章，緒論。簡單介紹了 CFD 的背景，闡明高性能計(jì)算對于 CFD 著介紹了高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史和向眾核異構(gòu)發(fā)展的趨勢，并簡單 中常用的并行計(jì)算方法及并行編程模型。分析了相關(guān)領(lǐng)域在國內(nèi)外的引入了本文的研究內(nèi)容，最后給出本論文的結(jié)構(gòu)安排。第二章，LBM 多相流應(yīng)用及其并行算法設(shè)計(jì)。介紹了 LBM 多相流方代碼實(shí)現(xiàn)流程。設(shè)計(jì)了 LBM 異構(gòu)眾核協(xié)同并行算法，從任務(wù)級、異構(gòu)協(xié)級、指令級多層次角度進(jìn)行并行分解設(shè)計(jì)。并介紹了算法的通信機(jī)制，略的實(shí)現(xiàn)方案，以及異步協(xié)同重疊通信和計(jì)算的優(yōu)化策略。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高性能計(jì)算的發(fā)展[J]. 臧大偉,曹政,孫凝暉.  科技導(dǎo)報(bào). 2016(14)
[2]SIMD自動(dòng)向量化編譯優(yōu)化概述[J]. 高偉,趙榮彩,韓林,龐建民,丁銳.  軟件學(xué)報(bào). 2015(06)
[3]基于3D-LBM的多相流快速模擬[J]. 劉歡,劉雪梅,郭松.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2013(05)
[4]高性能并行計(jì)算在航空航天CFD數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J]. 潘沙,李樺,夏智勛.  計(jì)算機(jī)工程與科學(xué). 2012(08)
[5]基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流動(dòng)模擬研究中的應(yīng)用[J]. 張任良,狄勤豐,王新亮,丁偉朋,龔瑋.  力學(xué)與實(shí)踐. 2012(02)
[6]并行計(jì)算在高超聲速流場數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J]. 潘沙,范曉檣,李曉宇,丁國昊,馮定華,李樺.  計(jì)算機(jī)工程與科學(xué). 2009(S1)
[7]基于多核處理器的并行編程模型[J]. 伊君翰.  計(jì)算機(jī)工程. 2009(08)
[8]格子波爾茲曼方法及其應(yīng)用[J]. 張武生,楊燕華,徐濟(jì)鋆.  現(xiàn)代機(jī)械. 2003(04)

碩士論文
[1]基于OpenMP 4.0的CFD應(yīng)用異構(gòu)并行技術(shù)研究[D]. 楊梅芳.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017



本文編號：3308062