摘要:

主要介绍了分布式并行VHDL模拟算法.此算法根据电路本身的并行特性,使用多个处理单元并行模拟VHDL模型电路,因此可以极大的提高模拟速度,但仍需要进一步的研究.

摘要:

并行网络模拟的一个研究点为任务划分,任务划分中普遍采用基于拓扑的划分.METIS是拓扑划分中的一个典型工具.本文通过分析METIS在拓扑划分中的不足,对拓扑划分算法进行改进:分析拓扑划分对并行模拟性能的影响因素,采用子网消减算法对原始划分算法进行优化.实验表明,改进后拓扑划分方法使路由表的规模减小约16%,并行模拟的性能提高约13%.

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三维地震波动方程数值求解对计算机的内存大小和运算速度都有很高的要求.采用基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI)的并行算法对三维空间的瑞雷面波进行了交错网格有限差分正演模拟.该算法将待模拟区域划分为若干个子区域,各个进程互相协同,并行完成各个子区域的数值模拟过程,从而达到扩大模型规模、加快模拟速度的目的.数值模拟过程中,采用声学-弹性界面法处理自由地表边界.利用均匀各向同性介质模型模拟所得的单道地震记录与解析解的对比结果和波场快照验证了算法的可行性和正确性；通过3层速度递增模型数值模拟所得波场记录的频散曲线与解析解对比,进一步验证了算法的有效性.

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在苏锡常地区建立了一般意义上的重叠型多个不规则子域FEM并行模型,利用区域分解法在MPI环境中实现了并行求解算法,并使用C++完成了MPI环境中的混合编程设计.通过在常州、无锡两地实际并、串行的应用结果比较表明,并行模拟具有数据资料准备相对简单且精度高的特点,是解决大型化、复杂化地下水流问题的一种可行方案.

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针对大庆长垣高含水后期剩余油精细描述对油藏模拟的技术需求,建立了主从方式并行架构、雅可比矩阵区域分解算法、线性系统两步预处理解法,形成了超大规模分布式并行油藏模拟技术;针对大庆外围特低渗油藏的模拟问题,建立了统一的非线性渗流模型和考虑拟启动压力梯度的井—网格方程,开发了适合裂缝、压敏和非达西的油藏模拟技术;针对大庆油田长期、大量实施分层注水措施的开发特点,建立了考虑嘴损机理的井底流动分段控制方程,形成了分层注水工艺的准确模拟技术;针对特高含水期低效、无效循环识别问题,建立了描述每口注水井注入水的浓度方程及其并行求解方法,开发了无井数限制的注水跟踪模拟技术.这些被广泛应用的特色技术,持续支撑了大庆已开发油田精细油藏描述工作的全面覆盖和质量提升,对水驱剩余油高效挖潜起到了良好作用.

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为了给P2P网络并行模拟器HiFiP2P提供正确高效的路由,使其能够高效地执行大规模P2P网络并行模拟,基于互联网中的层次路由模型和Flat本地静态路由计算和查找算法,采取边界路由最小化的并行网络拓扑划分机制,设计了Tier_Flat路由算法,用以实现HiFiP2P的远程和本地静态路由,它以最低Ο(3〖〗N4)的空间开销,取得了Ο(1)的查找效率.结果表明,Tier_Flat路由算法路由计算时间短,路由表内存占用小,路由查询速度快,为HiFiP2P平台的大规模P2P网络并行模拟提供了高效的路由服务.

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直接模拟蒙特卡罗方法(direct simulation Monte Carlo,DSMC)是稀薄气体动力学领域的重要工具.然而,DSMC方法有两个比较主要的缺点:一是复杂的网格处理;另一个是庞大的计算量.使用动态网格的DSMC方法可以根据流场信息,动态生成自适应的碰撞网格,能有效解决前一个缺点;针对后一个缺点,使用统一计算架构(compute unified device architecture,CUDA)编写并行程序,将基于动态网格的DSMC方法移植到图形处理器(graphic processing unit,GPU)上以减少计算时间.在并行实现中,GPU负责绝大部分的计算,而CPU只负责初始化、结果输出等少量工作.使用一个二维超音速横掠平板问题作为算例,验证了并行程序的正确性.对于不同规模的算例,在NVIDIA Fermi C2050之上均获得了10倍以上的加速比;对于相同算例, NVIDIA最新发布的Kepler K20上的速度约为Fermi C2050上的1.3~1.6倍.

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针对多核集群系统所表现出的新的性能特征,提出了面向多核集群系统消息传递应用程序的并行模拟模型并设计、实现了一个并行模拟器MCPSim(Multi-core Cluster Parallel Simulator),MCPSim在功能模型和性能模型上体现了片内核间、结点内片间以及结点间等三个层次上消息通信的特点,同时支持对应用的消息数量、通信量等的百分比分布的profiling功能,采用PRIME、Jacobi3D、NPB IS以及HPL等Benchmark程序对MCPSim进行了测试,结果表明MCPSim性能预测的精度优于BigSim,同时能够广泛应用于针对多核集群系统消息传递应用程序的性能分析中.

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针对海上OBC三维地震观测正演数值模拟的海量计算需求,研究并实现了基于信息传递接口(MessagePassing Interface,MPI)并行平台的交错网格有限差分数值模拟并行算法.该算法能够以三维任意偶阶空间精度从X,Y和Z3个方向同时实现并行运算,可以任意选择空间并行计算方向以及并行计算的进程个数.在算法实现过程中,引入了进程坐标系的概念,使得每一个参与计算的进程对应一个进程坐标,通过进程坐标来判断边界条件的使用;同时引入虚拟进程以方便模型边界处的数据交换.通过层状模型采用不同计算进程个数的正演计算验证了该并行算法的可行性和运行效率;最后对海上某靶区三维地质模型进行了Patch观测系统下的多波多分量地震观测正演并行模拟.

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主要介绍了分布式并行VHDL模拟算法.此算法根据电路本身的并行特性,使用多个处理单元并行模拟VHDL模型电路,因此可以极大的提高模拟速度,但仍需要进一步的研究.