并行效率

摘要： 网格生成是计算流体力学中非常重要的一环,大规模数值模拟过程中对网格精度要求的提高会导致网格生成所耗的时间增加.文中基于OpenFoam开源软件中的网格生成算法,主要研究多面体网格的并行生成,并提出OpenMP和MPI混合并行的多面体网格生成方法.通过理论分析得到,使用混合并行方法生成相同质量的网格时,混合并行方法生成网格的时间消耗随着线程数量和网格单元数量的增加而减少.3组使用不同求解器的数值模拟实验结果表明,该混合并行方法不但可以保证生成网格的质量---可以正常进行数值计算模拟且模拟结果与原方法相比几乎没有差别,而且生成同样质量与数量网格的耗时最多可以缩短至未使用OpenMP并行方法之耗时的1/4以内.

摘要： 间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,简称DGM)在求解地震波动方程时具有低数值频散、网格剖分灵活等优点,因此,为适应数值模拟对模拟精度和复杂地质结构的要求,本文提出一种新的加权Runge-Kutta间断有限元(weighted Runge-Kutta discontinuous Galerkin,简称WRKDG)方法,用于求解三维D'Alembert介质中声波方程.本文不仅详细推导了其数值格式,特别地,根据常微分方程理论给出了满足数值稳定性条件的一般经验公式,并首次对该方法的数值频散和耗散进行了深入分析,且考虑了耗散参数对结果的影响.同时,我们也对该方法进行了精度测试,并分析了3D情形下WRKDG方法的并行加速比,结果表明3D WRKDG方法具有良好的并行性.最后,我们给出了包含均匀模型、非规则几何模型以及非均匀M armousi模型在内的数值模拟算例.结果表明,该方法不仅计算准确,能与解析解很好地吻合,且能有效模拟包含球体在内的非规则模型及非均匀Marmousi模型中的衰减声波波场.数值模拟实验进一步验证了WRKDG方法在求解三维D'Alembert介质中声波方程时的正确性和有效性,并获得了对这种强衰减介质中波传播特征的规律性新认识.

摘要： 针对非定常流体模拟中的网格变形问题,提出一种基于MPI的分布式并行的网格变形算法.算法对初始网格进行分区,并在分区之间构建共享单元层.在分区内采用点球弹簧修匀法(Vertex-Ball Spring Smoothing,VerBSS)对网格进行变形,相邻分区的边界通过通信进行同步.上述算法在求解过程中保留了节点之间的连接性和VerBSS离散求解的特征,具有较高的变形效率.算例结果表明,上述并行方案变形能力较强,并具有较高的并行效率,适合求解大变形、大规模的网格变形问题.

摘要： 辐射带研究中(L,B)坐标系把三维问题降为二维问题,大大提升了辐射带三维空间有限观测数据的利用率.L值是其中重要的参量之一,在粒子特性分析、航天器轨道辐射环境描述以及辐射带建模等研究领域应用十分广泛.L值由磁力线追踪积分计算而得,但地球磁场位型的复杂性导致磁力线追踪步长严格受限,造成单次追踪计算步数多.此外,不同空间位置处磁力线追踪路径和追踪距离随时空变化差异显著,造成多次L值计算之间相互独立、复杂度不一且无法简并,计算速度慢、效率低.为了提高L值的计算效率,本文采用OpenMP对目前广泛应用的L值计算程序实现单机多线程并行化,并分析了并行程序的加速比和效率.结果表明,并行后L值计算效率明显提高,当线程数量设置与系统最大线程数相等时(本文所用计算机系统线程数最大为8),并行效果最优,加速比范围为1.57~2.81,并行效率范围为19.63%~35.13%.计算过程中发现,线程间负载不平衡是影响并行效果的主要因素.为了提高并行加速比和效率,本文提出了一种表征L值计算复杂度的排序因子,并基于此提出了排序和重分配(“sort”和“S”分配)的优化负载算法,对dynamic,sort+“S”,sort+dynamic,sort+“S”+dynamic四种方式优化负载不平衡的效果进行了比对分析,结果表明sort+dynamic的效果最优,加速比范围为2.33~3.30,效率为29.13%~41.25%,优化效率提升了6.12%~9.50%.本文研究表明,OpenMP可以成功实现L值计算程序的并行计算,并提高L值的计算效率,针对负载不平衡的问题,采用sort+dynamic方式调节可获得最好的并行加速比和效率,为空间物理或其他领域类似大数据分析研究中效率提升提供了有益探索.

摘要： 常规工程应用中,非定常数值模拟(如多体分离)的计算量十分巨大,如果为了达到更高的计算精度,加密网格或者采用高精度方法将会使得计算量进一步增大,导致非定常数值模拟在CFD工程应用中成为十分耗时和昂贵的工作,因此,提高非定常数值模拟的可扩展性和计算效率十分必要.为充分发挥既有分布内存又有共享内存的多核处理器的性能和效率优势,对作者团队开发的非结构网格二阶精度有限体积CFD软件(HyperFLOW)进行了混合并行改造,在计算节点间采用MPI消息传递机制,在节点内采用OpenMP共享内存的MPI+ OpenMP混合并行策略.首先分别实现了两种粒度(粗粒度和细粒度)的混合并行,并基于国产in-house集群采用CRM标模(约4000万网格单元)定常湍流算例对两种混合并行模式进行了测试和比较.结果 表明,粗粒度在进程数和分区数较少的小规模并行时具有效率优势,16线程时效率较高;而细粒度混合并行在大规模并行计算时具有优势,8线程时效率较高.其次,验证了混合并行在非定常计算情况下的可扩展性,采用机翼外挂物投放标模算例,分别生成3.6亿和28.8亿非结构重叠网格,采用对等的(P2P)网格读入模式和优化的重叠网格隐式装配策略,网格读入和重叠网格装配耗时仅需数十秒;采用3.6亿网格,完成了非定常状态效率测试及非定常分离过程的湍流流场计算,在in-house集群上12288核并行效率达到90％(以768核为基准),在天河2号上12288核并行效率达到70％(以384核为基准),数值模拟结果与试验结果符合良好.最后,在inhouse集群上采用28.8亿非结构重叠网格进行了4.9万核的并行效率测试,结果显示,4.9万核并行效率达到55.3％(以4096核为基准).

摘要： 为满足分布式水文模型快速模拟的需要,引入并行计算技术.基于MPI编程模型实现了WEP-L分布式水循环模型产流模块的并行编程,采取子流域任务划分和对等模式实现了模型的并行设计.为了减少进程间的通信时间,在产流计算之前,数据按随年、月、日变化以及不随时间变化分成四类,分批进行通信;产流计算完成之后,采用聚合通信方式中的数据收集,快速统计结果.模型并行化后应用于黄河流域,结果如下:(1)随着参与计算的进程数增加,并行计算的加速比呈先增加后减少的趋势,并行效率随进程数增加呈线性下降趋势.(2)模型并行性能受通信开销制约,当通信开销增量大于产流计算时间减少量时,加速比达到峰值4.8.

摘要： CFD计算可以在船舶建造前期预测船舶水动力性能,计算软件对计算机要求较高,利用有限的计算资源快速的得到计算结果是我们所需要的,本文通过对商业软件STARCCM+在不同的并行规模下并行效率的对比分析,得出不同计算工况所需要并行作业CPU核数的优选结果.

摘要： 射线模型是声场计算时常用的模型之一,为了使射线模型Bellhop实现对声场的快速计算,该文基于Bellhop传播模型的C++版本BellhopC开发了并行化射线模型BellhopMP.在并行的处理过程中,结合高斯射线理论,利用多线程技术,建立稳定可靠的并行模型,实现快速声场预报.文章通过仿真实验验证了该模型计算声场的准确性,并通过典型海洋波导下的声传播问题对其并行计算性能进行了测试.结果表明使用BellhopMP能够大幅度提高计算速度,有效解决深海远程等长时间声场计算问题,并且串行所需的计算时间越长,并行效率越高.

摘要： 模拟分子动力学粒子间的相互作用需要大量的计算.分子模拟体系增大,计算量也随之增加.CPU-GPU的并行架构可以加速分子动力学的模拟.针对如何高效率地选择分子动力学模拟软件如GROMACS,NAMD和AMBER来快速的进行分子动力学模拟问题，以2014年nature最新发现的一种针对肿瘤癌细胞的激酶MTH1为模拟对象,用三种软件进行了不同并行粒度的模拟,分析和研究它们的并行计算效率.通过实验结果得出,GROMACS能够充分利用多核和GPU计算资源,在两种并行环境上并行效率和执行时间都表现较好.NAMD虽然并行效果较为理想,但由于通信开销过大,导致模拟时间较长.AMBER在两种环境下并行效率相对较低.通过对模拟结果的分析证明了三个软件都准确的描述了MTH1在水溶液中的动力学状态,模拟结果是可靠的和稳定的.

摘要： 本文基于通用CFD软件“风雷”(PHengLEI),完成了CHN-T1标模外形(CHN-T1)在不同攻角下、不同CPU核数并行以及不同多重网格功能下的气动力特性数值模拟,分析了攻角对气动力特性的影响规律,并将计算结果与试验数据进行了比较;在不同CPU核数并行和不同多重网格功能下,得到风雷软件的计算效率.结果表明,风雷软件得到的气动力系数与试验数据一致性很好,具有较高的并行效率和良好的多重网格加速收敛效果.

摘要： 天河2号等亿亿次计算机上的大规模异构协同计算对负载平衡算法提出了3方面要求:低算法复杂度、适应多级嵌套的数据传输系统和支撑异构协同计算.通过组合三级嵌套负载平衡算法框架、贪婪剖分算法和内外子区域剖分算法,设计了一种能够同时满足这3方面要求的负载平衡算法.模型测试表明,算法可以达到90％以上的负载平衡效率.天河-2上32个节点的测试表明,算法能够保证通信开销较小.5个典型应用在天河-2上最大93.6万核的测试表明,算法能够支撑应用高效扩展,并行效率最高可达80％.

摘要： 本文针对广义本征值问题,开发了一款开源的基于ELPA的并行广义本征值求解器GenELPA,实现了自动选择从广义本征值问题到一般本征值问题的转换方法,避免了一些可能发生的问题;然后调用ELPA进行计算,获得了更好的计算速度和并行效率;同时采用了类似ScaLAPACK的接口,更加易于使用.还在由中国科学技术大学量子信息重点实验室开发的第一性原理软件ABACUS中采用了此项技术,获得了超过100％的速度提升.

摘要： 生物医药领域呈现出“大数据”的趋势,而海量的医药文献信息的快速、自动、高效获取成为医药和各领域专家的挑战.目前基于半自动化的专业数据库大量在大规模命名实体识别、计算效率与数据全面性方面有很大限制.针对该问题,本文提出了一种全新高效的可扩展性大规模文本挖掘方法,并基于一种高效文本挖掘工具PWTEES设计了针对疾病的命名实体识别组件DNorm.完成了生物医学文献库PubMed上全部2000多万篇MEDLINE生物医学文献以及PWTEES在天河-2上的大规模部署和挖掘,在天河上实现了数据库的动态部署，可以应对1000进程的并发存取，并探索了分布式可伸缩NoS QL数据库MongoDB的部署测试。将平时在普通服务器上需要3个月才能完成的计算处理缩短至1个小时,从而实现了对大规模生物医学文献文本的高效挖掘和快速知识获取.同时在天河2号上利用200进程对实际头颈癌相关的共约7万篇文献数据进行了并行挖掘分析,取得了80％以上的并行效率.而且随着生物医学文献文本数量的增加,并行效率始终保持在80％左右.

摘要： GPU等协处理器已成为构建超算平台的重要选项,CPU-GPU协同方式深刻影响着异构平台的整体效率.如何在自主开发的应用程序中耦合CPU和GPU,目前仍缺乏共识.本文调研了3种CPU-GPU耦合模型:热点加速,全GPU加速,以及对等协同.目前,第一种模型受到普遍认可,第二种模型也在一些场景频繁使用,第三种还没有被充分讨论.本文基于光滑粒子流体动力学方法,针对其简化的Euler方程和完整的Navier-Stokes方程,实现了三种协同模型,详细探讨了其kernel优化策略、通信优化策略、以及代码重用策略.测试结果显示,三种模型下,Eluer方程获得了8倍,33倍,36倍的加速,Navier-Stokes方程获得了6倍,15倍,20倍的加速,全GPU加速均突破了热点加速的上限,对等协同比之全GPU加速又可以获得进一步提高.理论分析和实验结果表明:Euler方程SPH采用全GPU加速性价比最高,而Navier-Stokes方程SPH更适合对等协同.所发展应用代码在6个异构计算节点上对这两种情况进行了强可扩展性测试,分别获得了93.1％和91.4％的并行效率.

摘要： 针对DEFEL串行计算程序,通过分析其计算特点和主要数据依赖关系,设计了基于区域分解的并行算法,采用MPI编写了相应的并行程序,使得程序能够在高性能并行计算机上运行,解决了计算规模和计算时间问题.针对DEFEL并行计算程序,在集群上进行了正确性和并行效率测试,测试结果表明,并行计算程序的计算结果正确,50万节点iron模型的并行效率达到了78％.

摘要： 针对离散纵标(SN)差分方法,基于KBA并行算法,研制了三维直角几何下的并行输运计算程序Hydra.该程序能够求解固定源问题、裂变源问题、有外源的次临界问题等,大量基准题的验证结果证明了该程序的正确性。在此基础上,本文利用Hydra程序对中国液态锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)进行了中子学计算分析。结果显示:在相同计算精度、8核CPU并行环境下,并行效率约为50％,计算时间约为TORT程序的三分之一。

摘要： 本文通过基于MPI的并行FDTD方法对机载超短波天线的辐射特性进行了分析,并测试了程序在上海超级计算中心平台上的加速比和并行效率,同时通过了并行规模突破5000核,并行效率达到80％以上的测试.通过分析,得出了超短波天线放在某飞机上的辐射方向图,该结果对机载天线的电磁特性分析具有一定的指导意义.

摘要： 开发了一个高效率和易扩展的基于GPU(图形处理单元,Graphic Processing Unit)的并行分子动力学模拟程序.程序能够在GPU 上处理固相共价晶体中原子间的多体相互作用.通过测试,开发的代码在Mole-8.5 和天河-1A 上都取得了良好的并行效率和优秀的浮点操作性能.可以预计,晶体硅的大规模分子动力学模拟在计算其宏观性质、表界面现象和反应沉积方面具有巨大的应用潜力.

摘要： 本说明书实施例公开了一种提高涉及稀疏矩阵并行计算效率的方法及系统。所述方法包括：获取稀疏矩阵，稀疏矩阵由多个非零值和多个非零值对应的多个坐标组成，坐标表示非零值在稀疏矩阵中的位置；坐标包括行坐标，行坐标表示非零值在稀疏矩阵中的行数；基于多个非零值的个数和计算线程的个数将多个非零值划分为多个第一类数据区；遍历多个第一类数据区，将相邻的两个第一类数据区中位于稀疏矩阵同一行的非零值划分到同一个数据区中，生成多个第二类数据区；将多个第二类数据区分配给多个计算线程；多个计算线程并行执行计算任务。

摘要： 本发明涉及一种提高电网电压暂降仿真效率的并行仿真方法，包括以下步骤：获取BPA潮流文件，并预处理；根据线路生成对应的故障信息卡并写入BPA稳定文件中;设置母线监视卡;协调并行调用BPA稳定程序仿真时多进程共同内存访问冲突；检测单进程仿真结束标志；读取暂降信息并储存在数据库中；根据仿真结果计算各监视母线的电压暂降期望值并输出暂降严重度等级。本发明有效提高仿真可靠性、仿真效率、减少仿真耗时的作用。

摘要： 本发明涉及一种提高WRF并行计算效率的方法，属于气象预报及超算应用技术领域。该方法通过减少X方向进程数，从而提高WRF并行计算效率，具体包括以下步骤：S1：配置WRF并行计算的总进程数NP；S2：设置WRF的x和y方向进程数nproc_x、nproc_y,且nproc_x

摘要： 本发明属于数据库管理系统和计算机软件领域，尤其涉及一种数据库中并行写入事务日志以提升处理效率的方法及其用途。本发明提出了一种新的切实可行的数据库中高效写入及回放事务日志的方法，通过采用多个处理线程负责事务日志落盘，每个处理线程写入各自分配的事务日志文件，避免文件争用，同时把单一事务日志缓冲区设置成多事务日志缓冲区，每个事务日志落盘处理线程只需要负责一个缓冲区的事务日志落盘，有效避免了单一事务日志缓冲区造成的高并发抢占锁，克服了单核心写入事务日志效率低下的缺陷，使得事务日志写入和回放效率显著提高，可以很好地满足高并发场景的应用需要。

摘要： 本申请公开了一种提高裸机系统并行处理效率的方法、装置、介质及设备，属于计算机处理领域。该方法包括将包含N个目标信息的当前帧数据输送到CPU中；利用CPU处理当前帧数据中的第一个目标信息；利用硬件控制器发送第一个目标信息，同时CPU处理当前帧数据中的第二个目标信息；利用硬件控制器发送当前帧数据的第i个目标信息，并对当前帧数据是否处理完成进行判断，若判断当前帧数据处理未完成，CPU继续处理当前帧数据中的第i+1个目标信息，否则CPU开始处理包含M个信息的下一帧数据中的目标信息。本申请解决慢速设备发送数据时CPU时间浪费，并且其他工作无法并行处理，导致总体任务处理周期变长的问题。

摘要： 本申请公开了一种产品并行制造系统的效率评价方法、装置、设备及介质，所述方法包括：获取产品并行制造系统的基础制造数据，对所述基础制造数据进行预处理；根据所述产品并行制造系统在产品制造过程中的输入变量和输出变量，构建所述产品并行制造系统的效率计算模型；根据所述效率计算模型和所述预处理后的基础制造数据，得到所述产品并行制造系统的效率值；对所述效率值进行排序，得到所述产品并行制造系统的效率评价结果。本发明的方法考虑了不同制造任务下基础数据的浮动变化以及并行制造过程中的相互影响，能够得到更符合实际生产情况的效率评价结果，为提高企业的生产效率、降低企业生产成本提供数据指导，具有很强的实用性。

摘要： 本发明涉及一种提高自动驾驶开发测试效率的并行仿真系统，包括：VTD仿真模块和车辆动力学模型；VTD仿真模块用于模拟自动驾驶场景；各个车辆动力学模型分别建立与VTD仿真模块的通信进行联合仿真；各个车辆动力学模型分别基于相同或不同的控制算法模型，按照下发的初始状态的路径规划指令进行车辆行驶仿真；在任一车辆动力学模型的车辆行驶仿真结果出现异常时更新该车辆动力学模型对应的控制算法模型；让每一辆参与仿真的车辆模型都具备真实的车辆动力学，实现开发测试数据闭环，达到自动驾驶仿真测试效率提升的指数级效果，从而缩短自动驾驶开发周期。

摘要： 本发明提供了一种利用并行通信方式提高本地网络通信效率的方法，在多节点自组网网络中，节点在接收到网关的数据召回指令时，判定是否为系统性要求；若是，则节点将该数据召回指令向末端各节点传送；各节点在收到该系统性数据召回指令时，将本节点符合要求的数据在通信不受干扰的情况下向前端节点传输，并最终将数据传送至靠近网关的节点中。该利用并行通信方式提高本地网络通信效率的方法具有资源利用率高、通信效率高的优点。

摘要： 本发明涉及一种提高电网电压暂降仿真效率的并行仿真方法，包括以下步骤：获取BPA潮流文件，并预处理；根据线路生成对应的故障信息卡并写入BPA稳定文件中;设置母线监视卡;协调并行调用BPA稳定程序仿真时多进程共同内存访问冲突；检测单进程仿真结束标志；读取暂降信息并储存在数据库中；根据仿真结果计算各监视母线的电压暂降期望值并输出暂降严重度等级。本发明有效提高仿真可靠性、仿真效率、减少仿真耗时的作用。

摘要： 本说明书实施例公开了一种提高涉及稀疏矩阵并行计算效率的方法及系统。所述方法包括：获取稀疏矩阵，稀疏矩阵由多个非零值和多个非零值对应的多个坐标组成，坐标表示非零值在稀疏矩阵中的位置；坐标包括行坐标，行坐标表示非零值在稀疏矩阵中的行数；基于多个非零值的个数和计算线程的个数将多个非零值划分为多个第一类数据区；遍历多个第一类数据区，将相邻的两个第一类数据区中位于稀疏矩阵同一行的非零值划分到同一个数据区中，生成多个第二类数据区；将多个第二类数据区分配给多个计算线程；多个计算线程并行执行计算任务。