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三维Navier-Stokes方程分步法的并行算法在异构平台上实现初探
引用本文:徐莹,徐磊,姜恺.三维Navier-Stokes方程分步法的并行算法在异构平台上实现初探[J].计算机工程与科学,2012,34(9):33-39.
作者姓名:徐莹  徐磊  姜恺
作者单位:上海超级计算中心,上海,201203
基金项目:国家863计划资助项目(2012AA01A308);自然科学基金青年基金资助项目(10902063)
摘    要:本文选取了三维不可压缩流动方程的分步法(fractional-step method),其中动量方程使用BiCGSTAB算法进行迭代求解,而压力泊松方程使用Fourier变换法进行直接求解。本文研究该算法在集群平台上的并行算法,从区域分解入手,分析一维、两维、三维区域划分三种情况下,各并行处理器上的计算量与通讯量,根据分析结果使用两维区域分解。分析BiCGSTAB算法和泊松Fourier变换法在GPGPU异构平台上的移植方法。最后,本文分析了BiCGSTAB和泊松方程Fourier变换法两种算法在CPU集群和GPGPU异构平台上的并行性能结果。

关 键 词:异构平台  GPGPU  并行算法  不可压缩Navier-Stokes方程  分步法

Investigation of the Parallelization of the Fractional-Step Method to 3D Incompressible NavierStokes Equations on Heterogeneous Platforms
XU Ying , XU Lei , JIANG Kai.Investigation of the Parallelization of the Fractional-Step Method to 3D Incompressible NavierStokes Equations on Heterogeneous Platforms[J].Computer Engineering & Science,2012,34(9):33-39.
Authors:XU Ying  XU Lei  JIANG Kai
Affiliation:( Shanghai Supercomputing Center , Shanghai 201203 , China )
Abstract:This paper implements the classical fractional-step method for 3Dincompressible Navier-Stokes equations in parallel using message passing interface ( MPI ), and investigatesthe mapping of parallel algorithm on the GPGPU heterogeneous platform usingCUDA.The momentum equation is solved with Bi-CGSTAB algorithm and the pressure Poisson equation is directly solved with the Fourier method.With the analysis of the computation and communication ratio on each MPI processorsfrom 1D , 2D and 3D domain decompositions , the 2D domain decomposition is found to have the smallestcomputation and communication ratio and is chosen in this study.The performance results for the CPU clusters and GPGPU platform are discussed.
Keywords:heterogeneous platform  GPGPU  parallel algorithm  incompressible Navier-Stokes  fractional-step method
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