[發明專利]電磁功能材料優化設計的粗顆粒并行方法及系統

有效

• 申請號: 201610413026.8
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN106126878B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 王芬
• 申請（專利權）人: 北京唯智佳辰科技發展有限責任公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司11335
• 代理人: 戴鳳儀

技術領域

本發明涉及功能材料設計和高性能計算領域，尤其涉及電磁功能材料優化設計的粗顆粒并行方法及系統。

背景技術

電磁功能材料由于具備某種特定的電磁響應特征，廣泛應用于各種功能元器件，在信息技術、電磁防護、國防等重點領域發揮著關鍵作用，對高新技術的發展及新產業的形成具有重要的意義。為獲得電磁功能材料更寬頻段、更優異的電磁響應特征，需要根據事先設定的電磁響應技術指標，從材料介質選材到立體結構等方面進行嚴格的優化設計。電磁功能材料優化設計需要針對優化算法給出的每一種介質組合及其形成的立體結構，建立電磁功能材料個體，計算其在一系列頻率下的電磁響應。為實現某個電磁響應技術指標的電磁功能材料優化設計，需要針對大量不同個體進行大規模電磁場數值計算。這類大規模數值計算由于不同計算實例具有不同結構，從而生成不同數量的剖分網格，導致不同計算實例的計算復雜度不對等，對于這類不對等的海量計算，需要高效率并行計算方法設計，充分考慮不同實例計算復雜度的不對等，盡可能提高并行計算效率。

常規并行計算基本針對單個計算實例并行，也就是說所有進程同時進行一個個體在某些優化頻點下的計算，在大量循環的計算部分實現并行，并行顆粒通常很細，這樣導致不同進程之間存在大量的數據交換，降低并行效率；其次，由于不同進程計算進度不同，不可避免在需要數據共享和同步時出現大量等待，從而導致整體并行效率很低；再者，由于單個實例計算中相當部分的計算過程有先后順序，數據有依賴性，因此針對單個計算實例并行時，有相當部分的計算無法并行化，這也嚴重降低整體并行效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電磁功能材料優化設計的粗顆粒并行方法及系統，以解決現階段電磁功能材料優化設計中并行計算效率低的問題。

本發明提供了一種電磁功能材料優化設計的粗顆粒并行方法，其包括：

步驟1：根據電磁功能材料的優化目標，以及電磁功能材料頻率響應特征曲線連續性的原理，選取一個以上優化頻點，以及選定優化算法；

步驟2：根據所述優化算法生成一個以上初始優化個體；所述初始優化個體為電磁功能材料的結構；

步驟3：構建執行所述初始優化個體在所有優化頻點下的電磁響應及個體目標函數計算的粗顆粒，并獲得包括所述粗顆粒的串行版本；

步驟4：在串行版本的基礎上，以粗顆粒為基本執行單元，獲得多個進程同時計算多個計算任務的并行版本；

步驟5：利用所述優化算法生成一個以上優化個體，優化個體在每個優化頻點下的電磁響應及優化個體目標函數計算形成粗顆粒執行的計算任務，采用隨機排序的分配策略對粗顆粒執行的計算任務進行處理，獲取計算任務的新序列；

步驟6：每個計算進程采用先申請先分配策略申請分配新序列下待分配的計算任務，并調用相應的粗顆粒進行計算；

步驟7：判斷新序列里是否存在待分配的計算任務，若存在，返回步驟6，否則，進行步驟8；

步驟8：收集所有計算結果，將所有計算結果進行目標化處理，并將處理結果與預期優化目標進行比較，若沒有達到優化目標，進行步驟5，否則，結束。

在一些實施例中，優選為，在步驟3之后，步驟4之前，所述粗顆粒并行方法還包括：調試所述串行版本內粗顆粒能否正常運行；若能正常運行，進行步驟4；若不能正常運行，進行步驟3。

所述步驟6中，所述先申請先分配策略為：第一計算進程在申請分配第一計算任務時，生成第一狀態文件對第一計算任務進行標記，如果所述第一狀態文件存在，則表明第一計算任務已經被分配，第一計算進程自動申請分配第二計算任務；所述狀態文件的生成方式為：文件鎖定與解鎖技術。

所述文件鎖定與解鎖技術為：

若狀態文件是寫加鎖狀態，則在所述狀態文件被解鎖之前，所有對所述狀態文件加鎖的線程都會被阻塞；

若狀態文件在讀加鎖狀態，所有以讀模式對所述狀態文件進行加鎖的線程都可以得到訪問權，以寫模式對所述狀態文件進行加鎖的線程將會被阻塞；

若狀態文件在讀模式的鎖狀態，且有另外的線程以寫模式對所述狀態文件加鎖，所述狀態文件會阻塞其他讀模式加鎖的請求。

所述步驟2包括：根據所述優化算法生成一個以上優化個體；將優化個體數確定為計算任務數。則所述步驟7中判斷新序列里是否存在待分配的計算任務包括：統計文件鎖定與解鎖技術生成的計算任務狀態文件數量；若計算任務狀態文件數量與所述計算任務數相同，則所有計算任務被分配，否則，存在待分配的計算任務。