NS方程在GPU上的并行实现

发布时间：2020-07-12 17:48

【摘要】：近年来,GPU性能飞速提升,越来越多的行业利用GPU进行一般意义上的科学计算(General-Purpose Computation on Graphics Processing Unit,GPGPU)。在航空领域,随着准确度、复杂度要求的提升,CFD计算耗费了大量的时间,国外许多专家利用GPU卓越的运算性能进行CFD计算,并行求解NS方程。单块GPU上取得的加速比一般有10到30倍,这样的加速比对于传统的集群计算来说是非常大的,由此造成的对CFD计算方式的影响不可谓不巨大。国外一些商用CFD软件ANSYS、Autodesk和开源软件如OpenFOAM等也纷纷开展GPU研究。与此同时,国内缺少成功的例子对利用GPU并行求解NS方程的可行性、有效性进行验证,在平常的科学计算和工程计算中,更是缺少相关的案例。这种情况大大阻碍了GPU并行求解NS方程在国内的推广。 本文针对目前国内利用GPU并行求解NS方程的现状,设计并完成了GPU上并行求解NS方程的算法,目的在于验证利用GPU并行求解NS方程的可行性、有效性,有助于引进国外先进的计算技术,提高航空领域的CFD计算技术和能力。着重进行了以下工作:(1)研究了已有程序对完整考虑可压缩性和黏性的NS方程的数值求解方法;(2)设计并完成了GPU上并行求解NS方程的算法,采用大量优化技术对程序性能进行了调优;(3)对比了ORENA M6机翼和某机翼的跨声速流动的串并行计算结果,并给出了结论。 对比ORENA M6机翼和某机翼的串并行计算结果,得出并行计算的结果是正确的。M6机翼在244800(51×30×160)的网格规模上取得了24倍的加速,某机翼在1676480(208×65×124)的网格规模上取得了37倍的加速,说明了GPU并行求解NS方程的巨大收益和良好的可扩展性。 综上所述,本文的工作验证了利用GPU并行求解NS方程的可行性、有效性和良好的可扩展性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332
【图文】：

伴随着计算机技术的发展而发展的。CFD 等这类大型应技术的发展和新技术的出现，同时，计算机技术每次的巨反过来会促进 CFD 等大型应用的进步。在计算机技术和渐形成了基于以下并行机模型的 CFD 并行技术，其中基存储器的 CFD 并行技术是比较成熟的，应用也较为广泛技术是比较新颖的，在近年来才出现并快速发展，现在分布式存储器的 CFD 并行技术发展状况布式存储器指的机器模型。基于分布式存储器的机器模型自己本地的主存，这些主存的物理地址不是单一连续的的，各个 CPU 只能访问自己主存内的数据，访问其他 C过显式的消息传递来实现的，模型包括 cluster（集群）理机）这两类计算机。这两类计算机在编程时使用的是消器模型是相互对应的。

图 1 - 3 共享存储器机器模型Fig.1 - 3 Model of Shared Memory machine式存储器的机器，在基于共享存储器多 CPU 或 CPU 的多核对网格单元编程模式中，CPU 间的数据通信是enMP 来实现共享存储器机器上的多般不需要对串行程序进行修改，受到较高，扩展性不好，当超过 64 个 C21][22][24]。但在拥有多核 CPU 的 P，使用起来却非常方便，是充分利计算很少单独出现在 CFD 并行程序在单个节点上实现共享存储的并行[2拥有多核 CPU，在 cluster 上并行求解两层并行编程模型，首先在节点间应用P 利用 CPU 的多核并行求解每个节点

图 2 - 2 处理前后的翼型上表面Fig 2 - 2 The upper surface of airfoil after transformation图 2 - 3 放大后的差异部分Fig 2 - 3 Differences by zoom

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王瑜,焦永革,孟涛,林家薇;基于免费软件ns的无线网络仿真[J];无线电工程;2004年01期

2 梅元武,徐福泉,胡波;关于研制《多媒体人体NS教学系统》的构思[J];医学与社会;1997年04期

3 李越,钱德沛;基于NS的分布式并行网络模拟器[J];电子学报;2004年02期

4 解福,于晓梅,郑明春;计算机网络仿真教学环境的构建与应用[J];山东师范大学学报(自然科学版);2004年03期

5 张贞贞;冯飞喟;;基于NS的MPLS流量工程的仿真实现[J];科技信息(学术研究);2007年27期

6 丛秋波;;全新系列电源模块散热及抗电磁干扰性能优越[J];电子设计技术;2010年03期

7 刘辉;张林波;;自适应有限元常用标记策略及其在PHG中的并行实现[J];数值计算与计算机应用;2009年04期

8 左璐;邵成成;;论使用NS探索无线网络[J];现代商贸工业;2010年12期

9 王鹏,白建军,卢泽新;卫星网络协议的仿真与模拟技术研究[J];计算机工程与科学;2004年05期

10 王慈,方向忠,余红斌;一种易于并行实现的全局运动估计算法[J];计算机工程;2004年11期

相关会议论文 前10条

1 张关泉;张文生;郝现军;;组合炮叠前深度偏移及其并行实现[A];1999年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十五届年会论文集[C];1999年

2 陈伟;;波动方程高阶有限差分数值模拟的并行实现[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年

3 熊文婕;谢芝勋;唐熠;刘加波;庞耀珊;邓显文;谢志勤;谢丽基;;特异性抑制禽呼肠孤病毒δC和δNS基因复制及shRNA表达载体的构建与筛选[A];中国畜牧兽医学会畜牧兽医生物技术学分会暨中国免疫学会兽医免疫分会第八次学术研讨会论文集[C];2010年

4 熊文婕;谢芝勋;唐熠;刘加波;庞耀珊;邓显文;谢志勤;谢丽基;;特异性抑制禽呼肠孤病毒δC和δNS基因复制shRNA表达载体的构建与筛选[A];中国畜牧兽医学会禽病学分会第十五次学术研讨会论文集[C];2010年

5 彭俊红;刘松;郭俊林;陈详述;程晓光;;NS和QPS两种骨密度分析软件重复性及差异性的初探[A];中华医学会第三次骨质疏松和骨矿盐疾病中青年学术会议论文汇编[C];2011年

6 彭乐;吴从中;尹夕振;;USB3.0中CRC-32比较法的Verilog HDL并行实现[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年

7 方苓;邹丽容;黄平;陈秋霞;李晖;柯昌文;;人禽流感H_5N_1毒株NS基因特征和分子进化[A];新发传染病防治学习研讨会论文集[C];2008年

8 王轶;席裕庚;;自适应极点配置器设计中的并行算法[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年

9 童胜;王鹏;王单;王新梅;;LDPC码量化和积译码的高效实现[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年

10 雷程红;成进;崔尚金;李曦;沙依兰古丽;符子华;巴格得力;单文鲁;盛卓君;;H5N1亚型禽流感病毒新疆株NS基因的克隆和序列分析[A];全国人畜共患病学术研讨会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 孟晶　杨宏辉;促进剂NS废水治理获突破[N];中国化工报;2008年

2 ;NS SolarMagic电源优化器：提高光伏系统性能[N];中国电子报;2009年

3 高蕾;昔日黄泛区 今朝绘新图[N];中华建筑报;2005年

4 罗佐县;多举措并行实现国内外油价“软接轨”[N];中国石化报;2008年

5 朴华;数据仓库：CRM的核心[N];中国计算机报;2001年

6 装备指挥技术学院电子工程系 淡鹏 张文 李晓梅;可视化并行处理的三种方式[N];中国计算机报;2004年

7 中国农林水利工会调查组;全心全意为职工办实事[N];中国水利报;2006年

8 ;负载导向 彰显设计巧心思[N];中国电子报;2005年

9 ;负载导向锁定Sun[N];网络世界;2005年

10 ;NEC推进网络融合与转型[N];人民邮电;2005年

相关博士学位论文 前9条

1 杨剑峰;蚁群算法及其应用研究[D];浙江大学;2007年

2 郭元曦;水声阵列信号处理的并行实现研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

3 曾清红;无网格数值模拟的并行算法及并行实现研究[D];中国科学技术大学;2006年

4 丁仁伟;双聚型CFP保幅处理及并行实现[D];中国石油大学;2009年

5 刘耀儒;三维有限元并行计算及其在水利工程中的应用[D];清华大学;2003年

6 王继东;星载遥感图像实时压缩中的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

7 柴凤娟;布尔多项式组的特征列方法及其在流密码分析中的应用[D];中国科学院研究生院（数学与系统科学研究院）;2008年

8 张艳;分布并行算法设计、分析与实现[D];电子科技大学;2001年

9 李宗涛;高动态捷联惯导系统的并行实现研究[D];浙江大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 苗树明;NS方程在GPU上的并行实现[D];上海交通大学;2011年

2 车俊岭;超冷nS铯里德堡原子的长程相互作用[D];山西大学;2012年

3 张保玉;广州NS集装箱码头公司薪酬管理优化研究[D];兰州大学;2010年

4 张晗;实用化ns级高压脉冲电源的研制[D];华中科技大学;2011年

5 闫红印;NS及TBX2在甲状腺乳头状癌中的表达及意义[D];郑州大学;2011年

6 周宇;NS公司非专利处方药营销战略与策略[D];电子科技大学;2011年

7 吕奕民;NS基础建设代建项目成组管理模式研究[D];华南理工大学;2011年

8 万东;无线传感网络路由算法的研究[D];浙江大学;2006年

9 季朝辉;AD公司NS工厂采购模式变革案例研究[D];华南理工大学;2012年

10 薛磊;核干细胞因子蛋白（NS）在肝癌中的表达及临床意义[D];华中科技大学;2012年

本文编号：2752301