稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现

在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo,DsMc）方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性．     

稀薄气体高超声流动的非结构DSMC的并行化计算

 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球（VHS）分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo（DSMC）源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。     

超低轨卫星气动阻力特性

以180～300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70°钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较,验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求.     

计算机模拟薄气体流动的并行化方法研究

研究了DSMC方法的数据并行化技术，提出一种并行化方法，并对实际算例进行处理，测试结果表明该方法是正确而有效的。     

应用于PECVD过渡流模拟的NS/DSMC双向耦合方法特性研究

将纳维-斯托克斯(NS)方程方法与直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法耦合以实现过渡流态计算.相对过去欠缺反馈机制的单向耦合方法,提出以NS,DSMC速度场相互修正边界值的方法实现双向耦合方法的反馈机制,这对于非稳态研究和数值修正十分重要.结果表明,双向耦合结果与全局DSMC结果有高相似性,相对单向耦合具有更高的效率、稳定性及精度,提高耦合强度可以提升稳定性与精度.双向耦合通过采用全局NS结果边界值获得更高的子域收敛性、稳定性及精度.提出超前演算方法可以增强DSMC域的时间耦合性,为非稳态计算奠定基础.     

直接模拟蒙特卡罗方法的并行方案设计

针对直接模拟蒙特卡罗方法（Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法的特点，提出了3种DSMC程序的并行方案，同时，对3种并行方案各自的优缺点进行了论述，并选择了各节点间程序相关性最小的并行方案，将其应用于稀薄气体二维微通道问题的求解，结果表明，串行程序与并行程序的计算结果完全吻合，并且得到了较高的并行效率，且并行效率随节点数的变化并非单调，而是有一个峰值。     

大规模流媒体服务间隔缓存策略的性能预测模型

静态分析模型能在负载固定的情况下预期不同因素对缓存算法性能的影响,为解决该模型在动态负载下预测精度不高的问题,该文结合实际用户访问行为研究,采用负载拟合的方法对此问题进行了探讨,并提出了一种针对变动负载的间隔缓存类算法的动态性能模型。该模型可更准确估算系统实际性能,从而为用户控制等策略提供参考。实验结果表明,静态模型的缓存命中率预测结果比实际高70%以上,而该模型则能适应负载的变动,预测结果与实际结果差别在10%左右。     

大规模流媒体服务间隔缓存策略的性能预测模型

静态分析模型能在负载固定的情况下预期不同因素对缓存算法性能的影响,为解决该模型在动态负载下预测精度不高的问题,结合实际用户访问行为研究,采用负载拟合的方法对此问题进行探讨,并提出了一种针对变动负载的间隔缓存类算法的动态性能模型。该模型可更准确估算系统实际性能,从而为用户控制等策略提供参考。实验结果表明,静态模型的缓存命中率预测结果比实际高70%以上,而该模型则能适应负载的变动,预测结果与实际结果差别在10%左右。     

元搜索引擎中检索结果排序的优化方法

提出了一种新的基于概率模型的排序优化方法．利用贝叶斯规则，结合各组成系统平均执行性能的信息，推导出一种新的相关度计算公式，较好地解决了结果融合中相关度规范化和均衡化的问题．经实验验证，该方法对结果进行了最优化排序，其实际执行性能超出了现有的任何一个组成系统的性能．     

非线性时滞切换系统的鲁棒H_∞控制

在线性常见系统稳定性结合实际智能应用的基础上,研究了一类非线性时滞切换系统的鲁棒H∞控制问题.利用共同的Lyapunov函数、Schur补引理和凸组合技术,给出了由线性矩阵不等式表示的使闭环系统渐近稳定且满足鲁棒H∞性能的一个充分条件;该结果对一类线性时滞切换系统的鲁棒H∞性能也成立,能有助于解决控制器的设计问题,从而应用于实际.     

并行多处理机上的具有真实感的三维图形合成

用光线跟踪来合成三维图形需要非常大的运算量，大规模的并行处理，可使合成速度得到大幅度的提高，特别是在ＭＩＭＤ机上，系统具有非常好的性能价格比，在ＭＩＭＤ机上实现三维图形的合成需要解决２个关键的问题：１）负载平衡；２）模型数据库的分解，在这篇文章中给出了一种ＭＩＭＤ机上实现三维图形合成的方法，并且提出了一种模型数据库分解的策略，根据光线跟踪一致性的特性，对各节点机的任务进行预估计，使系统的负载得到了     

基于区域分解法的地下水有限元并行数值模拟

地下水系统概念的出现对地下水模拟技术、地下水决策支持管理提出了新的要求，比如地下水系统中同时包含包气带模型和饱和带模型，或在饱和带中同时出现孔隙介质模型和裂隙介质模型，更可能在建造地下水模型的同时必须结合考虑地表水模型，所有的这些顾虑和可能均会使模型复杂化，且不说用目前流行的数值方法难于求解，就算能求解也势必造成计算工作量的剧增，这就需要借助高性能计算机来担任这项工作．相对于代价高昂的共享内存多处理器技术，基于分布式模型的机群计算技术为此项工作的实现提供了可能．讨论了如何利用机群计算技术，实现地下水有限元并行数值模拟．从地下水有限元模型的并行求解可能、基于区域分解法的并行算法、并行编程以及并行计算的实现各方面着手，系统地阐述了地下水有限元并行模拟的关键技术，并将该方法应用于一个理想的地下水溶质运移模型中，取得了成功．还讨论了方法的应用前景，包括利用机群计算技术实现对整个流域的地下水进行准实时模拟，为地下水调度提供决策依据．     

虚拟共享型MIMD的几个问题

并行处理是提高计算机性能的有效手段，也是新一代计算机的结构特征。本文论述虚拟共享型处理机的特点、实现机制、可伸缩性和负载平衡。     

Object-oriented software tools for parallel PDE solvers

An object-oriented approach is taken to the problem of formulating portable, easy-to-modify PDE solvers for realistic problems in three space dimensions. The resulting software library, Cogito, contains tools for writing programs to be executed on MIMD computers with distributed memory. Difference methods on composite, structured grids are supported. Most of the Cogito classes have been implemented in Fortran 77, in such a way that the object-oriented design is visible. With respect to parallel performance, these tools yield code that is comparable to parallel solvers written in plain Fortran 77. The resulting programs are can be executed without modification on a large number of multicomputer platforms, and also on serial computers. The uppermost level of abstraction in, Cogito concerns the problem of decoupling the numerical method from the PDE problem. The validity of these tools has been preliminarily demonstrated with a C++ implementation for one-dimensional problems.     

走近光学计算机

目前,光学计算机研究集中在追求高速度、追求二维数据并行处理和追求整机效率3个分支.介绍了各分支的研究热点和主要难点.通过对比,表明追求整机效率的三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)具有较好的可实现性,进而详细介绍了这种光电混合型计算机所具有的数据位众多、光学处理器可重构、处理器易扩展和能耗低等特点,以及基于这些特点所产生出的解决复杂问题的新思想或新算法.还介绍了三值光学计算机的用户可见结构、联机操作方法、编程操作方法,以及在并行程序中的使用方法和硬件扩充方法,并通过举例,介绍了众多数据位数和光学处理器可重构性的应用.所涉及的实例均结合正在上海大学计算机工程与科学学院构建的,面向应用研究千位三值光学计算机实验系统展开讨论.     

基于Java的分布式高性能计算架构

高性能计算在各个领域中的需求越来越迫切。利用闲置资源构建分布式高性能计算平台,是一种成本低廉而有效的方案。参与的便利程度是构建包含大量计算机的分布式计算平台的关键因素。提出了一种基于Java的分布式高性能计算架构。该架构中,任何空闲计算机通过网络可随时动态加入或退出计算,从而可以在短时间内构建较大规模的高性能计算平台。采用旅行商问题对架构进行了实现及验证,结果显示架构可达到较好的性能效果。     

基于计算统一设备架物Fortran的直接模拟蒙特卡洛方法并行优化

利用基于图形处理器（GPU）的计算统一设备架构(CUDA) Fortran编程平台,对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法进行并行优化,并以高超声速气动热计算为例,考察了串行与并行计算速度以及不同仿真分子数对并行效率的影响.结果表明,在保证计算精度不变的情况下,程序取得了4～10倍的加速比,并且加速性能高低与计算规模大小成正比.     

并行处理分布式多微机系统工业应用方案的探讨

在工业交通领域中，具有并行处理和分布式特点的多微处理器系统日益发展。本文就多微处理器的任务分配、调度，处理器间的数据交换和互连，以及处理器访问公共存储器等具体方案作了探讨。