[發明專利]基于格子Boltzmann理論實現協同計算大渦模擬系統及方法

在審

• 申請號: 201410053493.5
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103778098A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 盧曉偉;張清
• 申請（專利權）人: 浪潮（北京）電子信息產業有限公司
• 主分類號: G06F15/16
• 分類號: G06F15/16;G06F9/46
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 王丹;栗若木

1.一種基于格子Boltzmann實現協同計算大渦模擬系統，包括N個節點設備，其特征在于，每個節點設備含有一個CPU及其相應的CPU進程模塊以及m個微處理器及其相應的m個微處理器進程模塊，在所有進程模塊中選定一個為主進程模塊，所述N和所述m為正整數；其中：

主進程模塊，用于將輸入的數據廣播給系統中的其它進程模塊，待全部微處理器進程模塊和CPU進程模塊完成所有計算任務后，將從所有節點接收的計算結果輸出；

微處理器進程模塊，用于將輸入的數據卸載給相應的微處理器進行計算，同時與相鄰節點的微處理器進程模塊或CPU進程模塊進行數據通信，然后進入下一迭代的計算；

CPU進程模塊，用于控制本節點的協同計算，根據CPU的核數為每一CPU核啟用相應的線程對分配的部分數據進行計算；同時與相鄰節點的微處理器進程模塊或CPU進程模塊進行數據通信，然后進入下一迭代的計算。

2.按照權利要求1所述的系統，其特征在于，

所述主進程模塊通過消息傳遞接口方式將數據廣播給所述其它進程模塊；通過所述消息傳遞接口方式將接收的計算結果輸出；

所述微處理器進程模塊或CPU進程模塊與相鄰節點的微處理器進程模塊或CPU進程模塊通過所述消息傳遞接口方式進行數據通信。

3.按照權利要求1所述的系統，其特征在于，在進行數據廣播之前根據所述系統內的節點數N對流場計算域進行網格劃分，根據網格總高為每個節點均分所述總高，得到行高，以及均分所述行高得到每一微處理器和CPU分行的高。

4.按照權利要求1所述的系統，其特征在于，

所述微處理器進程模塊根據微處理器內核數n設總線程數為T，則T=t*n，其中，該t是為微處理器設的線程數；所述節點內所有的微處理器線程并行進行本節點分配的網格數據中的每一分行網格點的計算，且利用微處理器上的向量化處理加速所述每一分行網格點的計算；

所述CPU進程模塊中的所有線程參與相應分行網格點的計算；其中，CPU線程控制進行該分行網格點的初始化密度、速度及平衡分布函數，并對分布函數賦值，控制所述微處理器線程和所述CPU線程協同對所述分行網格點通過碰撞過程求出離散方程f*，通過遷移過程求出下一時刻的分布函數，由所述分行網格點上的分布函數統計密度和速度，利用統計出的密度值和速度值計算平衡分布函數；對網格點的邊界進行計算。

5.按照權利要求4所述的系統，其特征在于，

所述微處理器線程和所述CPU線程通過各自的內核函數并行計算本分行網格點的所述遷移過程和所述碰撞過程，并在微處理器上利用向量化處理單元對該過程的主體計算部分進行向量化處理；同時采用反彈法、非平衡外推法中的任意一種對網格點的邊界進行計算。

6.一種適用于如權利要求1所述系統的基于格子Boltzmann實現協同計算大渦模擬的方法，包括：

確定所述系統內的節點及其進程，將計算區域進行網格劃分；由選定的主進程將輸入的計算數據廣播給各節點；

由每一節點的CPU進程進行計算初始化，確定本節點的宏觀參量及分布函數，并控制本節點的微處理器進程和CPU線程協同在同一時層采用遷移碰撞求解離散方程，并進行邊界處理，完成本節點上宏觀參量的計算；微處理器進程和CPU線程同時與相鄰節點的微處理器進程或CPU進程進行數據通信；

由主進程輸出所有節點的計算結果。

7.按照權利里要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法執行前還包括：進行物理建模，確定所述計算區域、初始條件以及邊界條件。

8.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定所述系統內的節點及其進程，將計算區域進行網格劃分，具體包括：

根據所述系統內的計算設備確定節點，為每一節點配置微處理器進程和CPU進程，選定其中一個進程為所述主進程；

根據所述系統內的節點數N對流場計算域進行網格劃分，根據網格總高為每個節點均分所述總高，得到行高，以及均分所述行高得到每一微處理器和CPU分行的高。