WRF模式在LINUX集群系统的并行计算与评测

WRF气象模式是高性能的并行计算,一般需要大型机进行并行计算和处理,文中将WRF系统构建在32核LINUX集群系统上,进行并行计算试验并确定出了该系统的合理的并行计算方式。选取了WRF个例分别对运算时间、加速比和并行效率做了性能测试。结果表明：处理器个数逐步增加至16时,WRF系统运算的总时间随个数单调减小,从16增加到26。系统运算的总时间变化总体趋势在减小,但变化不明显,存在一定的起伏,从26到32,总体上有增加的趋势。实验构建的集群系统具有较好的并行计算效率和加速比,当处理器个数为26时可以达到最大的加速比12．5,且并行效率达到48％,能够达到较好的并行运算效果。     

CPU+GPU异构模式下并行计算效率研究

CPU+GPU的异构模式由于比传统的超算架构更加便宜和更加环保、低碳,所以得到了越来越多的关注,在HPC的Top500中也渐渐出现了异构模式的身影。然而异构模式下的并行效率过低也是个既定的事实。本文从异构模式及GPU之间并行调度的原理出发,以Linpack测试效率为例来展开异构模式下的并行计算效率研究,并给出相应结论。     

水声宽带信号波形预报的并行算法

针对利用频域方法实现水声宽带信号波形预报过程中计算量较大的问题,引入频域宽带近似展开模型,研究了适合该宽带模型特点的并行算法,将串行模型并行化,并对宽带信号波形并行算法的可行性和有效性进行了分析,通过仿真分析利用模型的并行算法,在典型浅海负跃层和深海声道环境下,波形预报速度分别提高了26倍和24.6倍,计算效率都在75%以上,有效的实现了水下宽带声场的快速准确预报,为实现大规模信号级仿真奠定基础。     

基于并行演化计算的图像特征提取研究

图像特征提取已成为困扰智能化视觉信息处理的瓶颈。为了解决复杂背景下钢板表面缺陷的机器视觉检测问题,缩短视觉系统的开发周期,提高其实用性,在并行计算环境和视频仿真平台的基础上,探索机器视觉可塑性及形成机制,提出了将并行计算、视频仿真、演化计算相互融合解决钢板表面缺陷特征提取问题的方法,实现了演化计算与并行层次处理的特征选择、特征提取方法,为智能化的视觉信息处理开辟新的思路。实验证明,改进方案不仅具有可行性,而且能提高缺陷检测的准确性、实时性。     

Hypre中数据文件接口算法设计

本文通过对Hypre软件包的数据接口进行研究,提出了一种新数据接口:文件接口。该接口避免在某一个进程生成一个与总刚度矩阵同规模的大矩阵,节省了计算机内存开销和计算时间,方便了用户调用Hypre系统的解法器。对进行大规模问题的计算具有重要的意义。     

基于SAMR网格的流体力学不稳定性并行计算

相对于一致加密网格,SAMR网格可以在保持相同数值模拟精度的前提下,大幅度减少网格数目,缩短计算时间。针对惯性约束聚变中的流体力学不稳定性数值模拟,基于JASMIN框架研制了二维多介质流体力学并行SAMR应用程序。在数百个CPU核上模拟了压缩内爆模型,数值模拟结果和并行性能分析显示了应用程序的正确性和并行实现的高效率。     

JASMIN框架中多块结构网格拼接并行计算及其应用

基于JASMIN框架,本文设计了多块结构网格拼接的并行算法并研制了相应的软件模块。该模块设计实现了网格块间关系统一描述算法,及网格片间统一通信调度策略,从而有效解决了多块结构网格拼接并行计算中的通信性能瓶颈问题。同时,该模块封装了数据分布存储、数据通信等并行计算细节,提供了规范接口,能够支撑用户简便地实现多块结构网格拼接并行计算。数值测试表明,该模块具有很好的并行性能,可以支撑应用程序扩展到上千核。     

并行系统中时间偏移机制的典型应用算法分析

像其它许多领域一样,时间偏移机制在并行计算中也得到了充分的应用。实际上,并行计算并不能真正做到让各处理机都完全无时差地实现"并行"运算。由于各任务间存在数据依赖性,使得一些处理机不得不处于间歇等待状态,直至数据到达为止。通过一个典型的并行算法实例对时间偏移机制的作用过程作了详解,直观地描述了实现并行计算的实质,以便为用户在理解并行行为和设计并行程序时提供一些参考。     

基于多核的并行粒子滤波运动目标跟踪

粒子滤波中大量的粒子计算使得算法的实时性较差。由于粒子滤波本身具有可并行化的特点,因此利用OpenMP多线程库派生出多个线程,将算法过程由单线程串行执行转变为多线程并行执行。用多核并行计算技术实现粒子滤波运动目标的跟踪。实验结果表明:基于多核的并行计算技术提高了粒子滤波算法的计算效率。     

高性能并行仿真中程序与平台之间的适用性研究

开发高性能仿真程序的前提是选择合适的并行计算平台以及明确程序的并行优化方向。为此,研究了并行计算平台和高性能仿真程序之间的适用性。重点提炼出仿真程序特性集合、并行计算平台的性能指标体系和并行优化目标要素集合,从而使平台选择和程序优化技术有更完善的理论指导。基于这三项研究,提出了确定程序适用性和平台适用性的方法。实例分析表明,研究成果能够指导选择适合的并行计算平台,以及指导开发面向平台性能的并行优化技术。