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適用于任意網(wǎng)格的大規(guī)模并行CFD計(jì)算框架PHengLEI
關(guān)鍵詞：并行計(jì)算 cfd并行計(jì)算框架 phenglei 風(fēng)雷軟件 hyperflow
摘要：針對(duì)計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)大規(guī)模并行計(jì)算的需要,我們?cè)O(shè)計(jì)了適用于任意網(wǎng)格類型的并行計(jì)算框架風(fēng)雷(PHengLEI)軟件,同時(shí)支持結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和重疊網(wǎng)格.為了實(shí)現(xiàn)并行通信與網(wǎng)格類型無關(guān)且與物理求解器開發(fā)者隔離,我們?cè)O(shè)計(jì)了通用的通信模式和一種基于網(wǎng)格塊的“三合一”的數(shù)據(jù)交換模式,即將多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格塊、并行分區(qū)網(wǎng)格塊和結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格塊間的交界面數(shù)據(jù)完全標(biāo)準(zhǔn)化為數(shù)據(jù)底層后,在數(shù)據(jù)底層統(tǒng)一進(jìn)行交換,使得數(shù)據(jù)交換不依賴于網(wǎng)格類型和數(shù)據(jù)類型,從而實(shí)現(xiàn)任意網(wǎng)格類型并行通信模式的統(tǒng)一.作為氣動(dòng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的“數(shù)值風(fēng)洞”,要求代碼將并行隔離至底層,為此針對(duì)主流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了粗粒度MPI/OpenMP混合并行模式,領(lǐng)域?qū)＜抑恍桕P(guān)注求解器開發(fā)而無需關(guān)注并行通信,在提高可移植性、可擴(kuò)展性的同時(shí)盡可能兼顧封裝性.針對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算的實(shí)際工程需求,設(shè)計(jì)了并行分區(qū)、大規(guī)模并行文件存儲(chǔ)模式,以縮短前置處理和文件I/O時(shí)間.最后,分別基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和重疊網(wǎng)格,給出了工程應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)模算例,以說明PHengLEI并行計(jì)算框架對(duì)不同網(wǎng)格類型的適應(yīng)性.大規(guī)模網(wǎng)格測(cè)試結(jié)果表明,國產(chǎn)定制集群上16.38萬核并行效率達(dá)83%以上,“天河二號(hào)”上近10萬核并行效率達(dá)95%以上,展現(xiàn)了較好的可擴(kuò)展性和并行計(jì)算效率.
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