基于二维结构化网格的可压缩流体并行算法研究

计算机工程与科学

基于二维结构化网格的可压缩流体并行算法研究

皇甫永硕,刘杰,龚春叶

（国防科技大学并行与分布处理国家重点实验室,湖南长沙 410073）

收稿日期:2015-12-01 修回日期:2016-01-22 出版日期:2017-09-25 发布日期:2017-09-25
基金资助:
国家自然科学基金（61402039，91430218）;国家863计划（2012AA01A301）;博士后基金（2014M562570，2015T81127）

A parallel compressible fluid algorithm based on

two-dimensional structural grid

HUANGFU Yong-shuo,LIU Jie，GONG Chun-ye

(National Laboratory of Parallel and Distributed Processing,

National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)

Received:2015-12-01 Revised:2016-01-22 Online:2017-09-25 Published:2017-09-25

摘要/Abstract

摘要：

基于二维/轴对称高精度可压缩多相流计算流体力学方法MuSiC-CCASSIM的结构化网格部分，设计了区域并行分解方法；针对各处理器边界数据的通信，设计了阻塞式通信与非阻塞式通信并行算法；为了减少通信开销，设计了MPI/OpenMP混合并行优化算法。在天河二号超级计算机上进行了测试，每个核固定网格规模为625*250，最多调用8 192核。测试数据表明，采用MPI/OpenMP混合并行算法、纯MPI非阻塞式通信并行算法和纯MPI阻塞式通信并行算法的程序的平均并行效率分别达到86%、83%和77%，三种算法都具有良好的可扩展性。

关键词: 并行计算, 阻塞式通信, 非阻塞式通信, MPI/OpenMP混合编程, 天河计算机

Abstract:

Based on the two-dimensional/axisymmetric high-precision compressible multiphase flow computational fluid dynamics method multi-scale simulation code (MuSiC)-consistent, conservative, all-speed, sharp-interface method (CCASSIM), we propose a parallel area decomposition method to deal with structural grids. According to different communication ways of boundary data on each processor, blocking and non-blocking communication algorithms are designed respectively. We also develop a MPI / OpenMP hybrid parallel optimization algorithm to reduce communication overhead. Some numerical experiments are performed on Tianhe-2 supercomputer system with the maximum of grid cells of 1.2 × 1010 and 8 192 processors. The results show that the average parallel efficiency of the program that uses the MPI / OpenMP hybrid parallel algorithm, the pure MPI parallel algorithm with non-blocking communication, and the pure MPI parallel algorithm with blocking communication is 86%, 83% and 77% respectively. Futhermore, good scalability is also observed from the test results of the above three algorithms.

Key words: parallel computing, blocking communication, non-blocking communication, MPI/OpenMP hybrid programming, Tianhe supercomputer

皇甫永硕,刘杰,龚春叶. 基于二维结构化网格的可压缩流体并行算法研究[J]. 计算机工程与科学.

HUANGFU Yong-shuo,LIU Jie，GONG Chun-ye.

A parallel compressible fluid algorithm based on

two-dimensional structural grid

[J]. Computer Engineering & Science.

[1]	吴超, 卫谦, 周俊伟, 李会民, 孙广中. 基于异构计算平台的背景噪声预处理并行算法[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(10): 1711-1719.
[2]	王鑫, 彭健. 基于HYB格式SpMV在新一代申威架构上的实现与优化[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(10): 1754-1762.
[3]	刘屹成, 刘晓燕, 严馨. 并行平衡级联支持向量机[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(07): 1170-1177.
[4]	臧照虎, 李晨, 王耀华, 陈小文, 郭阳. 面向众核系统的层次化栅栏同步机制[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(11): 1901-1908.
[5]	张勇, 张曦, 万云博, 何先耀, 赵钟, 卢宇彤. 非结构有限体积CFD计算的网格重排序优化[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(10): 1721-1729.
[6]	范培勤, 过武宏, 韩梅, 唐帅, 张驰, . 水声环境特征参数并行预报方法研究[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(11): 1920-1925.
[7]	龚昊, 刘莹, 冯建周, 赵仁良, 冷佳旭, . 基于GPU加速的脉冲多普勒雷达信号处理[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(07): 1141-1149.
[8]	焦育威, 王鹏, 辛罡, . 基于采样尺度自适应的多尺度量子谐振子优化算法并行化[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(07): 1200-1209.
[9]	俞茂学, 贾东宁, 魏志强, 许佳立, 马广浩. 一种基于国产异构众核处理器的C++智能源码转换框架[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(06): 997-1005.
[10]	丁哲昭, 储根深, 胡长军, 李扬. 基于申威众核处理器的圣维南求解程序的并行与优化[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(05): 820-829.
[11]	丁峻宏, 苗新强, 李根国. 面向异构超算的结构分析高效并行计算方法[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(12): 2133-2140.
[12]	徐传福, 车永刚, 李大力, 王勇献, 王正华. 天河超级计算机上超大规模高精度计算流体力学并行计算研究进展[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(10高性能专刊): 1815-1826.
[13]	刘夏真, 袁武, 马文鹏, 胡晓东, 陆忠华, 张鉴. CCFD重叠网格并行算法设计和优化[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(10高性能专刊): 1833-1841.
[14]	赵钟，何磊，何先耀. 风雷（PHengLEI）通用CFD软件设计[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(02): 210-219.
[15]	李红军, 郭阳, 贾润. 归一化积相关算法加速方法研究及FPGA实现[J]. 计算机工程与科学, 2019, 41(11): 1905-1910.