[發明專利]匹配于高性能計算機體系結構的非結構網格數據管理方法

有效

• 申請號: 202010902143.7
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111813563B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 莫則堯;劉青凱;許競劼;楊章;張愛清
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊;許曼

本文提供一種匹配于高性能計算機體系結構的非結構網格數據管理方法，方法包括：根據多物理耦合過程，確定非結構網格數據結構；將非結構網格數據結構映射到高性能計算機體系結構中；確定非結構網格數據結構的過程包括：構造由多種非結構網格單元組成的聯邦層；對聯邦層進行劃分，得到邦員層和邦員層間鄰接關系；對邦員層進行克隆，得到網格層和網格層間的鄰接關系；對網格層進行逐層不重疊的剖分處理，得到逐層嵌套的剖分層及剖分層間的鄰接關系；針對最后一次剖分得到的剖分層，對網格單元定義多物理耦合過程中的物理量。本文可以支持任意非結構網格單元類型與復雜拓撲結構，可大幅提升的數值計算效率。

技術領域

本文涉及科學與工程計算領域，尤其涉及一種匹配于高性能計算機體系結構的非結構網格數據管理方法。

背景技術

在科學與工程計算領域，非結構網格是計算區域的一類離散網格，可有效地支持復雜數值模擬。當前，高性能計算機體系結構日趨復雜，呈現“計算機-結點-處理器-核-向量部件-流水線六層嵌套并行”和“異構眾核加速”的典型特征。為了充分適配體系結構，大幅提升基于非結構網格的并行計算效率，需要設計匹配于當前高性能計算機體系結構的非結構網格數據結構。

傳統地，數值模擬采用多維數組、樹結構、森林結構作為非結構網格數據結構，采用數據剖分和分布存儲技術來適應進程之間的并行，采用剖分后部分數據的共享存儲技術來適應線程之間的并行，從而實現進程和線程的兩層嵌套并行計算。然而，這些傳統數據結構一方面不能適配“六層嵌套并行”，訪存局部性較低，容易導致緩存（Cache）命中率下降，不利于挖掘CPU核內多功能部件的指令級并行度和向量加速功能，另一方面難以適應“異構眾核加速”。

現有技術中提出的結構網格數據管理方法，例如中國專利號為ZL201410769018.8的中國專利，僅能針對同構計算機系統進行結構網格數值模擬，不適用于非結構網格數值模擬和異構加速體系結構。

發明內容

本文用于解決現有技術中的非結構化網格數據結構不適用于現有高性能計算機體系結構，存在訪問局部性低、緩存命中率下降、不利于挖掘CPU核內多功能部件的指令級并行度和向量加速功能以及不能適應異構眾核加速的問題。

為了解決上述技術問題，本文第一方面提供一種匹配于高性能計算機體系結構的非結構網格數據管理方法，包括：

根據多物理耦合過程，確定非結構網格數據結構；

將所述非結構網格數據結構映射到高性能計算機體系結構中；

其中，確定所述非結構網格數據結構的過程包括：

根據多物理耦合過程并行計算的完整計算區域，構造由多種非結構網格單元組成的聯邦層；

根據多物理耦合過程中單物理過程并行計算的計算區域對所述聯邦層進行劃分，得到多個邦員層和邦員層間的鄰接關系；

對所述邦員層進行克隆，得到至少一個網格層和網格層間的鄰接關系；

對所述網格層進行逐層不重疊的剖分處理，得到多個逐層嵌套的剖分層及剖分層間的鄰接關系；

針對最后一次剖分得到的剖分層，對網格單元定義所述多物理耦合過程中的物理量。

進一步實施中，根據單物理過程能否采用相空間并行的數值計算方法，對所述單物理過程對應的邦員層進行克隆。

進一步實施例中，根據單物理過程能否采用相空間并行的數值計算方法，對所述單物理過程對應的邦員層進行克隆，包括：

若所述單物理過程能采用相空間并行的數值計算方法，則對所述邦員層進行克隆，得到多個網格層；

若所述單物理過程不能采用相空間并行的數值計算方法，則將所述邦員層繼承為網格層。