[發(fā)明專利]一種間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910714335.2
• 申請日: 2019-08-03
• 公開（公告）號: CN110516316B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐立;王晗;楊中海;李斌
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

1.一種間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，包括以下幾個步驟：

步驟1、讀取計算網(wǎng)格的信息，并將面網(wǎng)格按照邊界類型排序；

步驟2、在CPU端進行幾何參數(shù)的預(yù)計算，并將結(jié)果拷貝到GPU顯存；

步驟3、在GPU端完成流場的初始化，并且將時間步初始化為0；初始化時分配與單元數(shù)量一致的線程數(shù)，每個線程負責初始化單元內(nèi)的所有場；

步驟4、判斷計算時間步是否達到預(yù)定的終止時間步，若達到，結(jié)束計算，否則繼續(xù)；

步驟5、在GPU端進入時間推進，具體為：依次啟動面上場計算核函數(shù)、面積分核函數(shù)、體積分核函數(shù)、以及時間更新核函數(shù)；

步驟6、再次判斷當前計算時間步是否達到預(yù)定的后處理時間步，若達到，同步GPU線程，并將計算結(jié)果拷貝到CPU端，將當前計算得到的流場數(shù)據(jù)輸出；否則不進行任何操作；

步驟7、時間步自增1，轉(zhuǎn)至步驟4；

上述步驟中GPU顯存不存儲原始的網(wǎng)格信息而只存儲：計算直接需要的且由原始數(shù)據(jù)計算得到的數(shù)據(jù)、網(wǎng)格拓撲關(guān)系以及流場數(shù)據(jù)，使用數(shù)組結(jié)構(gòu)體的方式組織并存儲在GPU全局內(nèi)存中，而CPU端僅在預(yù)計算時保留網(wǎng)格原始信息和流場數(shù)據(jù)，在預(yù)計算完成后釋放，僅保留計算的場數(shù)據(jù)；對于高斯積分點的基函數(shù)值、高斯積分權(quán)重、常數(shù)質(zhì)量矩陣三類所有線程都會使用到的常數(shù)，存儲于GPU的常量內(nèi)存中；

所述計算直接需要的且由原始數(shù)據(jù)計算得到的數(shù)據(jù)為法向量、體積和面積。

2.如權(quán)利要求1所述間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，其特征在于：所述步驟1中對面網(wǎng)格進行的排序時，以網(wǎng)格編號為關(guān)鍵字，采用桶排序算法進行排序。

3.如權(quán)利要求1所述間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，其特征在于：所述步驟3中使用由文件中導(dǎo)入的流場進行初始化。

4.如權(quán)利要求1所述間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，其特征在于：所述步驟5中對于所有計算核函數(shù)的線程分配，將4個單元或者面劃分到一個線程塊內(nèi)，并在同一個線程束內(nèi)，且對內(nèi)存中數(shù)組的訪問正好實現(xiàn)128字節(jié)的對齊以及合并訪問。

5.如權(quán)利要求1所述間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，其特征在于：所述步驟5中面積分核函數(shù)，即間斷伽遼金半離散形式中右端第二項的數(shù)值通量，采用Roe通量格式。

6.如權(quán)利要求1所述間斷伽遼金法求解歐拉方程的GPU加速方法，其特征在于：所述步驟5中，面積分核函數(shù)與體積分核函數(shù)的計算相互獨立，使用CUDA流，將面上場計算核函數(shù)、面積分核函數(shù)發(fā)布到第一個流，體積分核函數(shù)發(fā)布到第二個流，再將時間更新核函數(shù)發(fā)布到第一個流。