基于JASMIN框架的快速多极子并行解法器

快速多极子方法将N体问题的计算复杂度从O(N2)降到O(NlogN)或O(N),已应用于电磁散射和位错动力学等领域.在将快速多极子方法分离为共性和个性两部分后,设计了可供多个领域应用程序共享使用的快速多极子并行解法器,并在JASMIN框架内实现.该解法器封装共性部分,提供抽象接口支持用户按串行方式实现个性部分.共性部分包括多个网格层的分布存储、层间和层内数据通信以及组织计算等.个性部分包括与应用紧密相关的多极展开和局部展开以及转移算子等.该解法器已应用于两个领域的并行程序.数值模拟测试表明,它在1024个处理器上的并行效率可达到80%以上.     

短距离作用势分子动力学并行计算研究

针对传统短距离作用势中链表存储数据结构所导致的非规则数据访问问题,提出了块-单元紧凑存储数据结构的解决方法.设计并实现了一个集成以上数据结构、基于实测的高维动态负载平衡方法的短距离作用势分子动力学并行软件.该软件已应用于高温高压微喷射模拟和液晶相模拟两个领域,可以在几百个处理机上模拟包含1×106~1×108个粒子的二维和三维问题,其中程序的并行效率在80%以上.与传统存储数据结构方法相比,本方法提高执行性能5%,其性能约为所用处理机峰值性能的15%以上.     

面向数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序研制

等离子体粒子模拟是研究激光聚变中激光与等离子体相互作用的有效手段.有些应用需要模拟包含上百亿粒子的模型,其中粒子分布不均匀且动态运动.为满足需求,研制了可扩展到数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序,其关键技术包括基于网格片的负载平衡策略、粒子数据结构和数据通信的封装、大规模数据的可视化等.在某并行机的2500个处理器上,该程序成功模拟了短脉冲激光与锥壁等离子的相互作用,其中粒子数达到12 G,模拟5000时间步花费15 h,共输出50GB的三维数据.这些数据可直接在并行可视化软件上显示,有助于物理学家深入理解模拟结果.     

面向数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序研制

等离子体粒子模拟是研究激光聚变中激光与等离子体相互作用的有效手段．有些应用需要模拟包含上百亿粒子的模型,其中粒子分布不均匀且动态运动．为满足需求,研制了可扩展到数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序,其关键技术包括基于网格片的负载平衡策略、粒子数据结构和数据通信的封装、大规模数据的可视化等．在某并行机的2500个处理器上,该程序成功模拟了短脉冲激光与锥壁等离子的相互作用,其中粒子数达到12G,模拟5000时间步花费15h,共输出50GB的三维数据．这些数据可直接在并行可视化软件上显示,有助于物理学家深入理解模拟结果．     

物理场的团簇识别与分析技术

复杂构型和物理场的理解与规律提取一直是个难点.该文提供了一种团簇识别和分析技术,用于各类实验或模拟研究中的数据处理和分析.主要算法如下：采用离散点构造面元或体元以分割粒子所在空间;根据物理场的特征合并相同或相似性质的元,从而获得反映物理场特征的团簇结构.在算法中,对空间物体（点、线、面、体、团簇等）统一采用分级树数据管理结构,实现了对空间物体的两种快速搜索,搜索算法复杂性约化到.空间多级树的建立方法及快速搜索算法是通用的,不依赖于空间维数,可以方便地推广应用于其他领域.作为应用实例,我们将该方法应用到二维和三维随机数据处理,验证了该方法的准确性和可靠性.     

多介质辐射流体力学数值模拟中的并行计算研究

多介质辐射流体力学是传统的计算挑战性应用问题，对大规模并行计算机有强烈需求.近年来，在万亿次并行机的512个处理器上，对该类应用中的多介质Euler流体力学方程、辐射扩散方程、粒子输运方程、以及这些方程之间的耦合连接，开展了有效的并行数值模拟.作为连接数值模拟和并行计算机的桥梁，并行计算也得到了快速发展.文中综述了并行计算，尤其是并行算法和并行实现关键技术方面的重要进展.通过这些算法和技术，可以看出作者是如何组织和完成这些万亿次并行数值模拟应用的.