[發明專利]一種低功耗高運算性能求解計算流體動力學的框架方法

有效

• 申請號: 201911296165.7
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111105341B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 丁雪海;嚴偉安;童維勤;支小莉;程金鳳
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06T17/20
• 代理公司: 上海梵恒知識產權代理事務所(普通合伙) 31357
• 代理人: 李文鳳

1.一種求解計算流體動力學的框架方法，其特征在于，采用的計算架構是不斷迭代的模式；整個計算架構分為CPU端和FPGA端兩部分，通過OpenCL框架進行組織調度，CPU端負責數據預處理、任務調度及數據的傳輸存儲，FPGA端負責數據計算，通過FPGA板卡的板載內存進行數據交互，CPU端還處理兩個任務，分別是CPU端與FPGA之間的通信和計算前后的數據處理，CPU端與FPGA端之間的通信通過OpenCL框架進行，

其中，在FPGA端中，數據讀取核從板載內存中讀取粒子密度分布和邊界信息數據，并計算各格子對應的密度和速度,將處理后的信息通過FPGA中的數據通道內部格點碰撞核和數據寫出核對各個格點的數據進行邊界檢測，將邊界格點的數據送入邊界格點碰撞核；數據寫出核用于將計算好的速度數據寫入板載內存中，供CPU端進行讀?。粌炔扛顸c碰撞核為自動運行內核，所述自動運行為當設計的二進制文件加載到FPGA芯片中時就開始運行，無需CPU端進行調度，并且只通過FPGA內部數據通道與其他內核進行數據交換，該內核讀取來自數據讀取核的數據，并進行計算，將計算結果傳到數據傳播核；邊界格點碰撞核為所述自動運行，讀取來自邊界檢測核的數據并進行計算，將計算結果傳到數據傳播核；數據傳播核從兩個格點碰撞核的數據通道中讀取數據，進行數據傳播，并將新的粒子密度分布存儲到FPGA板載內存中，供下一次迭代使用；至此，一次迭代執行結束；在一次迭代后CPU端讀取速度數據，并判斷迭代結束條件，若未結束，則繼續調度內核進行計算，其中，粒子密度分布數據采用乒乓緩存進行存儲；所述方法包括以下6個步驟：

步驟1：初始化網格數據和OpenCL環境；

步驟2：讀取數據并計算密度及速度等宏觀量；

步驟3：邊界檢測；

步驟4：格點碰撞計算；

步驟5：數據傳播；

步驟6：根據迭代停止條件判斷是否繼續；

其中步驟1、步驟6兩個步驟在CPU端執行，其余步驟位于FPGA端執行，步驟2、步驟3兩個步驟完全并行，其余各步驟內部的也是并行性的；

在步驟1完成初始化網格數據和OpenCL環境工作，在CPU端實施，可分解為3個子步驟來實現，分別如下：

子步驟11：FPGA-OpenCL環境初始化；

子步驟12：網格數據初始化；

子步驟13：程序其他數據的初始化。