高效率FDTD网络并行计算研究

在一套Beowulf型网络并行计算机系统上,对FDTD并行化处理中的区域分割、邻近子区域之间的边界数据交换、数组操作和进程同步等关键步骤进行了研究和优化,提出了采用MPI并行函数的FDTD并行计算方案.通过三维FDTD并行计算举例,验证了并行计算的正确性,通过测试得到了较高的并行效率.     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现二维FDTD并行算法.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算.文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理.我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法.文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径.     

基于单程序多数据流并行软件的性能预测法

为了提高预测并行软件性能的准确性和并行软件的开发效率,提出了一种基于单程序多数据流(SPMD)并行应用软件模块化技术的性能分析预测和并行软件辅助开发方法.通过量化计算开销、通信开销、通信与计算的耦合系数,阐述了在并行计算机系统中利用该方法开发并行计算软件和预测并行计算软件性能的过程.并就影响并行软件性能预测和开发效率的模块设计、模块性能数据建模、模块组合和计算与通信重叠等技术进行了研究.实验表明,该方法提高了预测并行计算软件性能的准确性,也提高了并行计算软件的性能和开发效率.     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群（COW）并行计算系统上应用基于消息传递（Message Passing）的方式实现二维FDTD并行算法。通过区域分割，各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递，从而实现FDTD并行计算。文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理。我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法。文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性，为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一务有效途径。     

基于视窗操作系统网络并行计算环境的建立与应用

针对单台微型计算机进行数值模拟耗时长的问题,在微软公司开发的32位视窗操作系统下建立了网络并行计算环境.把2台微型计算机连成一个星形结构的以太网,以并行虚拟机作为网络并行计算平台、Vi sualC 作为开发工具,通过建立帐号及主目录、配置网络、设置系统环境变量和测试等步骤,完成了并行虚拟机的配置与调试.采用C语言自行研制了并行凝缩算法的源程序,并进一步以主从进程模式对金属平板轧制过程的弹塑性力学行为进行了数值模拟.研究结果表明,所建立的网络并行计算环境运行可靠,并行加速比可达1 785,并行效率达到了89%,与单台微型计算机相比,不仅提高了运行速度,且大大缩短了计算时间.     

注射模冷却过程模拟的并行算法

根据边界元方法形成的系数矩阵的形态特点和计算机多核技术,提出了利用异步IO线程实现的矩阵并行生成算法和基于处理器时滞的线性稠密阵的并行SOR迭代解法,实现了注射模冷却过程模拟的并行计算,解决了该过程中所采用的边界元方法不适应并行计算的难题.数值结果表明,该算法在双核计算机上缩短了注射模冷却过程模拟1/3的计算时间.     

基于微处理器的并行信息处理策略

基于现有多核微处理器实现了并行信息处理系统, 该并行信息处理系统利用现有的标准台式机, 通过高速以太网联接, 共同完成复杂计算. 解决了传统高性能并行计算系统造价昂贵、 维护成本高的问题, 提供了一种廉价的并行信息处理策略. 实验表明, 基于微处理器的并行处理系统适于进行并行信息处理和科学计算.     

滑动轴承混合润滑多线程并行计算数值方法

针对混合润滑数值分析将动压效应、弹性变形和界面接触特性耦合而非常耗时的问题,基于共享内存并行系统的多线程程序设计语言OpenMP,提出一种多线程混合润滑并行计算数值方法——红黑线交叉并行计算法.该并行计算模型是将雷诺方程求解域分成两个相互独立的子求解域,依次对两个子求解域进行并行数值求解,可以有效克服CPU线程间数据争用问题,加快求解速度.着重研究了并行计算核数、网格数量和工作站配置对并行计算性能的影响,分析结果表明:并行计算模型能够有效提高滑动轴承混合润滑计算速度,并行计算速度的提升幅度与并行计算核数成非线性关系,随着CPU核数的增加计算速度的增加幅度逐渐减小;此外,与内存和缓存相比,CPU的主频对并行计算速度有非常大的影响.     

并行计算在轻型客车耐撞性改进中的应用

为了提高某平头轻型客车的耐撞性能,组建了网络集群并行计算系统,建立了整车有限元模型,针对正面碰撞做了大量并行计算,对该车进行了耐撞性改进设计。数值算例表明:在8结点机网络集群条件下,并行加速比为6.45,并行效率为80.6%,计算效率得到了显著提高。实车碰撞试验结果表明:改进后该车主梁变形量增加约68mm,测得的加速度峰值降低约1/3,达到中国正面碰撞安全法规CMVDR294的要求。     

WVP3——1个基于Win32的可视化并行程序开发平台

针对网络并行计算中使用的并行软件环境对非专业人员来说使用难度大且大多是基于UNIX环境开发的特点,构造了1个基于Win32系统的可视化并行程序开发平台(WVP3)．该平台提供了可视化界面,并对底层的并行软件进行了较好的封装,使得Windows用户及非计算机专业人员也可以进行并行程序设计．计算时,只需利用该平台提供的工具将并行问题以图形的形式描述出来,平台按照用户的任务描述自动生成任务间的通信语句,自动完成整个并行计算过程．此外,提供了平台的可视化任务描述手段及部分实现细节,描述了该平台使用的用户分析算法和处理机调度方法,并结合实例介绍了使用该平台进行并行程序设计的方法．     

并行FDTD算法初步研究

1966年Yee首次提出时域有限差分（FDTD）法,在时域中对麦克斯韦方程组进行求解．目前,FDTD法已在天线分析、雷达截面计算、电磁兼容分析等众多领域得到了广泛应用．FDTD法的稳定性要求空间步长应小于波长的十分之一,而计算时间和计算所需的内存总是与网格总数成正比．由于受到计算机存储空间和计算时间的限制,许多复杂电磁问题无法用FDTD法进行模拟．为了适应日益复杂的实际应用问题,构造并行计算机采用并行算法来满足计算需求成为必然趋势,     

基于GPU的高阶辛FDTD算法的并行仿真研究

高阶辛时域有限差分算法(SFDTD)与传统的时域有限差分算法(FDTD)相比具有更优的稳定性和计算精度,但在进行电磁仿真时则更为耗时。为解决这一问题,文章应用SFDTD的空间并行性,研究并实现了基于计算统一设备架构(CUDA)的SFDTD的并行算法仿真;基于费米架构,分析了各种尺度网格下速度的提升,与传统的CPU实现该算法进行比较,验证了该方法的正确性和高速性。     

钛合金片层组织生长相场的大规模并行模拟

采用大规模并行计算进行钛合金中片层组织生长相场模型的数值模拟.针对Allen-Cahn和Cahn-Hilliard等相场模拟方程,在均匀网格上采用时域有限差分显式时间步进和算子分裂的数值算法.基于消息传递接口(MPI)实现三维区域分解和计算与通信重叠的并行算法.在深腾7000上通过测试,显示程序具有良好的可扩展性.在1 0243计算网格上使用4 096核的并行效率达到94.2%,每个时间步耗时约0.2s.     

带形对称线性系统的并行算法

对带形对称系统提出了新的并行算法，在划分基础上充分利用矩阵的稀疏性，使算法具有高的分解效率及并行加速比。     

基于CUDA平台的时域有限差分算法研究

文章针对传统时域有限差分(FDTD)算法的不足,以图形加速卡为核心,通过理论分析和数值模拟,研究并实现了基于CUDA平台的FDTD并行算法。CUDA是最新的可编程多线程的通用计算GPU模型,由于FDTD算法在空间上具有天然的并行性,因此非常适合在GPU上实现并行算。文章描述了在CUDA编程模型上的FDTD算法的设计以及优化过程,并通过数值仿真实验结果证明了基于GPU的并行FDTD算法可以大大减少计算时间,基于GPU加速已成为电磁场数值计算的研究热点之一。     

并行计算机与并行算法述评

并行计算是大规模科学工程计算和数据处理的一个重要工具和必然趋势，本文从并行计算机系统和并行算法两个方面论述了并行处理的基本原理和方法。     

分枝限界法的并行处理

该文对分枝阻界法的并行化作了深刻的研究，提出一通用的并行分枝限界算法设计方法，从而使该类问题并行机上难以设计算法求解的问题变得容易解决。     

并行分布式图形生成系统

文章介绍了基于计算机网络的分布式并行图形生成系统，该系统符合ＯｐｅｎＧＬ规范．系统提出了利用非均匀分解实现负载平衡的分解算法，设计了具有自适应能力的体系结构，其研究结果可直接在微机和普通工作站组成的计算机网络上应用，也可用于开发高性能三维图形系统上．