基于神威太湖之光的宇宙学多体模拟

发布时间：2021-12-23 00:34

　　宇宙学模拟对于科学家研究非线性结构的形成以及暗物质、暗能量等假想形式具有重要作用,而高精度宇宙学模拟包含数千亿甚至数万亿个粒子,因此超级计算机强大的计算能力使其成为解决宇宙学模拟问题的理想平台。为在国产神威太湖之光超级计算机上实现宇宙学N体模拟,分析PHoToNs软件中使用的粒子网格算法和快速多极子方法,并结合众核处理器架构提出多层次分解和负载均衡方案、执行树遍历和引力计算的流水线策略以及向量化引力计算算法等多种性能优化技术,从而实现能充分发挥神威太湖之光架构优势的N体模拟软件SwPHoToNs。实验结果表明,在神威太湖之光超级计算系统的5 200 000个计算核心上进行包含6 400亿个粒子的宇宙学模拟,SwPHoToNs获得了29.44 PFLOPS的持续计算速度,且并行和计算效率分别为84.6%和48.3%。 

【文章来源】：计算机工程. 2020,46(09)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

SW26010体系结构

PHoToNs是针对大规模并行宇宙模拟[1]而设计,SwPHoToNs在此基础上针对Sunway平台进行设计和优化。PHoToNs软件将PM和FMM两种常用算法相结合,如图2所示。本文使用PM算法用于远程引力计算,FMM算法用于短程引力计算,因此将P2P的方程修改为式(1):

如图3所示,计算框由K-D树分解。每一个计算节点作为顶层树的一个节点,对应一个连续的空间区域和一个长方体,也是由局部粒子构成的局部树的根节点。因此,所有粒子都链接到一个完整的全局K-D树中。在图3(c)中,点划线圈内粒子间的相互作用由P2P处理,虚线圈内粒子间的相互作用由M2L处理。在所有进程中记录顶层树,边界信息需要在进程之间进行通信,在此使用一个额外的遍历根据打开角度估计需要发送给其他进程的本地树节点数量。实际上,引力的长-短分裂保证了边界交换只发生在截止半径内。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多体问题在GPU上实现的讨论[J]. 徐磊,徐莹.  计算机应用与软件. 2012(01)



本文编号：3547417