基于界面修正的迭代并行计算方法

构造基于界面修正的迭代并行方法的一般途径是：将物理空间区域剖分成若干不重叠的块；在分块子区域的内边界上，采用某种显式格式计算出界面值作为预估值；然后采用某种隐式格式并行求解各个子块区域上的解，这里的隐式格式通常需要进行迭代求解(称为内迭代)；可在每一迭代步或几次迭代步结束时，利用已计算出的分块子区域内的(近似)解，在分块子区域内边界处利用隐式格式计算出在内边界处的校正值；随后再转入各个子块区域上的求解，该过程称为外迭代。与以往的并行差分格式不同，在求解的子区域上的定解问题时，可以仅仅在第一个(初始)迭代步求解时所需边界条件使用子区域内界面处的某种显式格式的解，在随后的迭代步中即可改用子区域内界面处的隐式修正格式的解。由此，至少可区分如下3类性质不完全相同的迭代并行格式。     

中子输运方程基于界面修正的源迭代并行计算方法

中子输运方程的计算量非常大。在现有的计算机条件下，进行精密物理的数值模拟所需要的中子计算仍是非常的费时间和费内存的，不采用并行计算是难以承受的。并且，由于中子输运隐式离散纵标方法引起的数据强相关，以及计算过程必须严格沿中子运动方向进行(否则会出现计算不稳定)，因此会出现相当严重的算法同步的问题，使得隐式格式在大型并行计算机上实施时所能得到的并行度十分有限，严格限制了其实现具有高并行度的迭代计算的可能性。因此，对中子输运方程隐式差分格式进行并行改造是十分必要的。     

流动和传热问题的分区并行计算

针对交错网格下的SIMPLE数值算法实施了分区并行计算方法,在小型局域网下实现了流动和传热问题的并行数值计算.对两个经典的流动和传热问题的数值模拟实验表明,所建立的并行计算环境和分区并行算法能够得到正确的和收敛的数值结果.但与串行计算结果相比,并行计算误差明显大于串行计算误差.对并行算法做出的性能分析表明,所给出的并行算法得到了明显的加速效率.随着计算规模的增大,加速比和并行效率提高更显著.     

一类流体力学问题的并行计算

概述了二维流体力学程序YGX等在银河-1和银河-2巨型计算机上的向量化和并行化工作,总结了一些具有一般意义的实际经验,给出了程序在计算机上执行所获得的重要测试数据。     

随机扰动下三维流体界面不稳定性的并行计算

对三维流体界面不稳定性的数值模拟引进了新的数值计算方法,并在MPI并行计算环境下进行了数值模拟.利用LevelSet方法确定界面位置,零水平集对应界面位置.对应离散LevelSet方程和界面两侧的两套Euler方程,借助于Ghost网格方法来完成离散.对最后网格点上的两套状态量的辨认依赖于该点的LevelSet值的符号.并进行了数值计算.     

在可扩展机群系统上二维分子动力学问题的并行计算

用分子动力学方法可以有效地研究凝聚介质的激波压缩,并在许多领域得到了广泛应用。由于此方法计算量太大,所以研究并行算法和优化计算就显得特别重要。现在,在可扩展机群系统上,实现了分子动力学程序的并行计算。     

基于OpenMP的3维粒子模拟并行计算

基于OpenMP标准分别设计了粒子模拟方法中电磁场计算、粒子运动求解、电荷密度和电流密度更新的并行计算实现算法。在多核计算机上对所设计并行算法进行了性能测试和分析,根据分析结果在3维并行粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了基于OpenMP的并行计算功能,并应用其对一种扩展互作用振荡器进行了基于OpenMP的并行模拟和基于OpenMP/MPI混合模式的并行模拟。模拟结果表明并行算法正确并能取得较高的加速比。     

基于OpenMP的3维粒子模拟并行计算

基于OpenMP标准分别设计了粒子模拟方法中电磁场计算、粒子运动求解、电荷密度和电流密度更新的并行计算实现算法。在多核计算机上对所设计并行算法进行了性能测试和分析,根据分析结果在3维并行粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了基于OpenMP的并行计算功能,并应用其对一种扩展互作用振荡器进行了基于OpenMP的并行模拟和基于OpenMP/MPI混合模式的并行模拟。模拟结果表明并行算法正确并能取得较高的加速比。     

基于Tahoe框架的某夹具并行计算

在开源软件Tahoe框架基础上,结合有限元前后处理程序MSC.Patran及Tecplot,对某复杂夹具进行建模.通过区域分解、编制接口和采用PHG中提供的PCG(preconditioned conjugate gradient,预处理共轭梯度法)迭代解法成功实现262×10⁴自由度模型的串、并行计算.结果表明,并行计算收敛速度更快,4进程并行计算时间不到串行计算时间的1/4.通过与商用程序MSC.Nastran比较,验证计算结果的正确性.利用大型并行计算机对该模型并行计算性能进行研究,获得最高32进程的并行计算加速比.研究表明,改进后的Tahoe计算框架对于开展大规模自由度下的结构并行计算分析研究是可行的,并且随计算节点增加,并行计算过程基本呈线性加速.     

荧光分子断层成像正向问题的并行计算

针对荧光分子断层成像中相应于激发光和发射光的两个正向方程必须串行求解的实际情况,提出了一种可同时对两个扩散方程进行求解的并行算法。其思想是通过引入乘子矩阵对耦合方程进行解耦来实现并行计算,并利用有限元方法进行了二维数值模拟,将算法求解所得结果与基于串行方法,以Ralf B．Schulz等提出的并行算法所得到的数值模拟结果进行了综合比较。实验表明,该算法一方面适合于任何大小的斯托克斯频移条件,具有更广泛的适应性;另一方面提高了荧光分子断层成像正向问题的求解速度和精度,从而有利于整个荧光分子断层成像的快速精确求解。     

基于MPI的卷积计算并行实现

针对传统的卷积并行计算模型中,存在着大量的消息传递,负载不均衡等问题。提出一种新的基于MPI同步模型的并行卷积算法。该模型采用消息传递的方式进行进程间的通信,同时有效平衡负载,避免大量的消息传递。通过分析该模型的加速比和效率,实验结果表明,此方法显著提高了并行效率和长序列的运算速度,充分发挥了节点间分布式存储和多核并行处理的优势,是一种有效可行的并行策略。     

基于MPI的分子对接并行算法

基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI),用两种不同的并行程序设计方法对Autodock程序进行修改.将修改后的程序应用于HIV-1蛋白酶(Protease)和小分子抑制剂XK263的对接体系,测试了并行程序的加速比和并行效率.结果表明,两种改进的并行Autodock程序都可以很好地完成计算,尤其是方案Ⅱ并行程序的加速比和并行效率更高.     

三维多物质弹塑性流体动力学Euler方法的并行算法研究及程序测试

 并行计算是解决爆炸与冲击问题大规模数值模拟最有效的手段之一。针对Euler方法并行程序设计的复杂性,阐述了三维多物质弹塑性流体动力学程序MMIC-3D并行设计的总体策略,基于消息传递接口(MPI)设计出相应的PMMIC-3D并行程序,并提出了一套实用的程序测试方案。结合聚能射流形成过程的数值模拟算例,在八节点的集群上测试了加速比、并行效率及可扩放性,分析了影响并行性能的因素。     

Performance Comparison and Evaluation of Options for Arranging Data in Digital Optical Parallel Computing

Performances of options for arranging data in the input images of digital optical computing are analyzed and evaluated on the basis of the characteristic functions that the authors formularized. The methods for arranging the data are classified into two options: the spatially expanded bit-pattern arrangement (SEPA) and the bit-slice arrangement (BSA). To analyze and evaluate the performance, the options are applied to the parallel operations based on the optical array logic that is a paradigm of digital parallel computing. Processing steps, storage capacity, and scale of the operation kernel required for performing various parallel operations are analyzed as the characteristic functions. The performances of the SEPA and the BSA are evaluated by comparing these functions. The features of each option are clarified and a guideline for choosing the optimal option is proposed to efficiently perform digital parallel optical operations.     

适用于Linux系统的高效可并行电磁PIC计算技术

为了能够使大型机和高性能集群得到更好的加速比和并行计算效率,在深入研究并行和FDTD-PIC算法的基础上,在CHIPIC软件平台上开发了Linux系统下的大型全三维可并行电磁PIC代码。分别以一个磁绝缘线振荡器、回旋管和相对论速调管为例进行测试和计算,得到了3.70,6.72和6.00的加速比,验证了在同等的进程数下,高性能集群能够得到比PC机群高得多的加速比和计算效率,能够更好地利用计算资源。     

Photonic Implementation of Quantum Computation Algorithm Based on Spatial Coding

Several implementation methods of quantum computation algorithm by conventional computer have been explored for large-scale emulation. Due to the lack of quantum effects, these methods generally require exponential growth of the size of the hardware with increase of the number of qubits. In this paper, the spatial coding, which is an effective digital optical computing technique, is studied as an efficient implementation method of quantum computation algorithms. In the proposed scheme, quantum information is represented by the intensity and the phase of elemental cells. We confirmed correct operation of the quantum teleportation algorithm by computer simulation. We also demonstrated a photonic implementation of some of the quantum gates experimentally.     

适用于Linux系统的高效可并行电磁PIC计算技术

为了能够使大型机和高性能集群得到更好的加速比和并行计算效率,在深入研究并行和FDTD-PIC算法的基础上,在CHIPIC软件平台上开发了Linux系统下的大型全三维可并行电磁PIC代码。分别以一个磁绝缘线振荡器、回旋管和相对论速调管为例进行测试和计算,得到了3.70,6.72和6.00的加速比,验证了在同等的进程数下,高性能集群能够得到比PC机群高得多的加速比和计算效率,能够更好地利用计算资源。     

双重并行环境下最短路径的研究

并行问题和最短路径问题已成为一个热点研究课题,传统的最短路径算法已不能满足数据爆炸式增长的处理需求,尤其当网络规模很大时,所需的计算时间和存储空间也大大的增加;MapReduce模型的出现,带来了一种新的解决方法来解决最短路径;GPU具有强大的并行计算能力和存储带宽,与CPU相比具有明显的优势;通过研究MapReduce模型和GPU执行过程的分析,指出单独基于MapReduce模型的最短路径并行方法存在的问题,降低了系统的性能;论文的创新点是结合MapReduce和GPU形成双并行模型,并行预处理数据,针对最短路径中的数据传输和同步开销,增加数据动态处理器;最后实验从并行算法的性能评价指标平均加速比进行比较,结果表明,双重并行环境下的最短路径的计算,提高了加速比。     

基于"块-单元"数据结构的分子动力学并行计算

开发了一种基于"块-单元"数据结构的可扩展并行算法,以实现大规模、非均匀分子动力学模拟.它采用空间填充曲线将三维区域分解转换为-维负载平衡问题,然后用基于实测的多层均权法求解,以保持处理机间负载均衡.在一个MPP并行机的500个CPU上,模拟包含2.1×108个粒子的三维金属微喷射模型,该算法获得了420倍的加速比.