[發(fā)明專利]一種基于國產(chǎn)加速卡的反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算方法

有效

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• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110704106B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張博堯;單浩棟;馮仰德;胡赟;李順德;徐李;王玨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院;中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
• 主分類號: G06F8/76
• 分類號: G06F8/76;G06F9/50
• 代理公司: 北京億騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于特征線法在國產(chǎn)加速卡實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算的加速方法，該計(jì)算加速方法針對反應(yīng)堆物理關(guān)鍵計(jì)算技術(shù)與方法進(jìn)行加速，包括基于確定論的特征線法解決中子輸運(yùn)方程計(jì)算理論的程序表達(dá)與計(jì)算程序相關(guān)物理模型實(shí)現(xiàn)，使用OpenMP+MPI實(shí)現(xiàn)運(yùn)算程序并行性，基于開源OpenMOC計(jì)算平臺，對計(jì)算加速相關(guān)關(guān)鍵代碼進(jìn)行移植與改進(jìn)，匹配并適應(yīng)國產(chǎn)加速卡。從而達(dá)到如下的良好效果：匹配并適應(yīng)國產(chǎn)加速卡，有效利用國產(chǎn)加速卡的能力達(dá)到良好的加速效果；在保證計(jì)算精度與準(zhǔn)確性的前提下，又提供了豐富的硬件兼容性與可擴(kuò)展性；實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的并行性，中子輸運(yùn)方程計(jì)算需要大量計(jì)算資源，這使得計(jì)算可在高性能計(jì)算機(jī)大規(guī)模部署，進(jìn)一步保證了計(jì)算的高速可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆技術(shù)和計(jì)算機(jī)物理計(jì)算領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于特征線法在國產(chǎn)加速卡實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算的加速方法。

背景技術(shù)

反應(yīng)堆物理與整個(gè)核工業(yè)的其它相關(guān)學(xué)科，比如核材料，反應(yīng)堆熱工，反應(yīng)堆安全都有密切關(guān)系。反應(yīng)堆物理的相關(guān)基礎(chǔ)知識也是這些學(xué)科的基礎(chǔ)。在物理學(xué)中，描述大量粒子的統(tǒng)計(jì)行為的方程是波爾茲曼方程，該方程可以精確描述粒子的統(tǒng)計(jì)行為。在反應(yīng)堆物理中，用來描述反應(yīng)堆內(nèi)大量中子的統(tǒng)計(jì)行為的，就是中子輸運(yùn)方程。

中子輸運(yùn)方程的嚴(yán)格求解通常是不可能實(shí)現(xiàn)的，原因是中子在堆內(nèi)的行為與中子截面，中子運(yùn)動(dòng)方向，中子能量，時(shí)間，中子的位置等多種因素有關(guān)，非常復(fù)雜。特征線法是目前求解反應(yīng)堆中子輸運(yùn)方程的主要計(jì)算方法之一，其具有較高的計(jì)算精度與幾何適應(yīng)能力。

OpenMOC是使用特征線法解決反應(yīng)堆物理中中子輸運(yùn)臨界問題的開源代碼。它解決了以燃料組件，甚至反應(yīng)堆核心為代表的核系統(tǒng)中的中子輸運(yùn)方程。作為反應(yīng)堆物理計(jì)算重要的支撐技術(shù)，基于高性能計(jì)算機(jī)的計(jì)算加速方法成為反應(yīng)堆物理發(fā)展的重要瓶頸與發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于OpenMOC在國產(chǎn)加速卡實(shí)現(xiàn)中子輸運(yùn)方程求解加速的方法，一方面提高反應(yīng)堆物理乃至我國核工業(yè)發(fā)展的自主可控水平，另一方面，本發(fā)明的方法可以有效解決反應(yīng)堆物理發(fā)展瓶頸的上述計(jì)算問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為，一種反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算的加速方法，包括如下步驟：

獲得核反應(yīng)堆中子輸運(yùn)方程；獲得所述核反應(yīng)堆中子輸運(yùn)方程的求解方法；

根據(jù)所述求解方法對核反應(yīng)堆中子輸運(yùn)方程建立求解器，所述求解器的對于求解過程在CPU和國產(chǎn)加速卡的分配如下，在CPU中進(jìn)行I/O和所述中子輸運(yùn)方程中射線跟蹤計(jì)算，然后將所述中子輸運(yùn)方程計(jì)算中所有的軌跡、片段和FSRs轉(zhuǎn)換成相應(yīng)結(jié)構(gòu)的數(shù)組，并復(fù)制到所述國產(chǎn)加速卡的內(nèi)存中，由所述國產(chǎn)加速卡進(jìn)行計(jì)算，待所述國產(chǎn)加速卡中的計(jì)算完成后，將FSRs復(fù)制回CPU，由CPU生成輸出計(jì)算結(jié)果、以及數(shù)據(jù)可視化文件。

優(yōu)選地，對所述核反應(yīng)堆中子輸運(yùn)方程的求解方法為特征線法，所述特征線法對所述中子輸運(yùn)方程的微分形式進(jìn)行積分求解，所述積分求解沿所述中子輸運(yùn)方程中中子飛行軌跡線進(jìn)行。

具體地，所述特征線法，基于開源OpenMOC計(jì)算平臺。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算的加速方法，其中，在中子輸運(yùn)方程中，使用構(gòu)造立體幾何公式的方式來表示廣泛且復(fù)雜的反應(yīng)堆幾何形狀。

優(yōu)選地，所述求解器基于HIP實(shí)現(xiàn)，所述求解器由基于CUDA的程序轉(zhuǎn)化而來，轉(zhuǎn)化過程包括：使用hipify工具將DUDA文件轉(zhuǎn)化為CPP文件，修改所述CPP文件中與HIP不兼容的部分，修改所述CPP文件中各個(gè)功能模塊頭文件，修改支持所述CPP文件的安裝腳本，編譯所述CPP文件得到求解器安裝文件，安裝求解器。

優(yōu)選地，所述求解器通過HIP對所述國產(chǎn)加速卡進(jìn)行調(diào)用，所述國產(chǎn)加速卡的調(diào)用接口基于標(biāo)準(zhǔn)CPP實(shí)現(xiàn)。