[發明專利]面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法及系統

在審

• 申請號: 202011607981.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112733401A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張紀林;張鋆宸;王玨;馮仰德;聶寧明;丁佳明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學;中國科學院計算機網絡信息中心
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/16
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

1.一種面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法，其特征在于包括以下方法：

步驟1：獲取反應堆堆芯組件的幾何模型數據，并將幾何模型數據進行網格劃分，生成網格文件；

步驟2：每個計算節點獲取反應堆堆芯組件的網格文件，并初始化相關參數；

步驟3：n個計算節點中每個計算節點開啟g個進程，每個進程開啟T個線程，將反應堆堆芯組件的網格劃分為g*n個區域，每個區域分配一個進程；同時每個區域進一步劃分為s個子區域；

步驟4：各進程根據分配到的區域以及選用的有限元方法，在各個子域生成對應的有限元矩陣，每個子域均會生成一個稠密矩陣；

步驟5：收集各進程的稠密矩陣信息，比較后判斷在有限元處理過程中負載均衡現象；若認為負載不均衡則進入步驟(6)，反之進入步驟(7)；

步驟6：啟用負載均衡策略，將各進程的矩陣占用內存大小調整至平均值附近；具體是：

6-1根據各進程的稠密矩陣內存大小，計算出稠密矩陣內存大小的平均值；

6-2將各進程的稠密矩陣內存大小與平均值相比較，如果大于平均值，則認為該進程的計算量較大，設為被幫助者；如果小于平均值，則認為該進程的計算量較小，設為幫助者；

6-3將進程分為兩組，幫助者為一組，被幫助者為一組，對每一組按照稠密矩陣內存大小排序，對應選出一個幫助者與一個被幫助者；

6-4被幫助者發送1個稠密矩陣給幫助者；

6-5重復步驟6-4直到當前被幫助者的稠密矩陣內存小于平均值，然后換下一個被幫助者，或者幫助者的稠密矩陣內存大于平均值，然后換下一個幫助者，進入步驟6-4；

6-6重復步驟6-4至6-5，直到所有被幫助者的內存均小于平均值，或者所有幫助者的稠密矩陣內存大于平均值；

步驟7：各進程進行迭代求解，在迭代求解的每一步迭代中向量內積運算采用向量內積加速策略和通信計算重疊策略，稠密矩陣向量乘采用HIP編程使其在類GPU加速器上計算，并采用動態矩陣分配策略；

步驟8：各進程將上述迭代求解結果，通過本地求得內部節點的位移，從而得到所有節點的位移。

2.根據權利要求1所述的一種面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法，其特征在于步驟(5)判斷在有限元處理過程中負載均衡現象具體是：

設進程i的稠密矩陣占用內存大小為L_i,令L_min＝min{L₁，L₂，L₃…L_n*g},L_max＝max{L₁，L₂，L₃…L_n*g}；如果X表示閾值，則認為該反應堆堆芯組件在有限元處理過程中出現了負載不均衡現象，需采用負載均衡策略進行調整，進入步驟6；反之則認為有限元處理過程中負載均衡，直接進入步驟7。

3.根據權利要求1或2所述的一種面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法，其特征在于步驟(7)所述的向量內積加速策略為多線程并行求解各進程的局部向量內積。

4.根據權利要求1或3所述的一種面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法，其特征在于步驟(7)所述的通信計算重疊策略為每個進程使用1個線程用于通信，其余T-1個線程繼續參與局部向量內積計算，其中通信線程完成通信后再參與到局部向量內積計算。

5.根據權利要求1或4所述的一種面向反應堆堆芯組件數值模擬的有限元撕裂對接法，其特征在于步驟(7)所述的動態分配矩陣策略具體是在進行稠密矩陣向量乘時，各進程使用1個線程調用hipBLAS庫，使用一塊類GPU加速器進行稠密矩陣向量乘計算，其余T-1個線程調用Intel MKL庫，使用CPU進行稠密矩陣向量乘計算；每次迭代時根據稠密矩陣向量乘在CPU和類GPU加速器上的計算時間，動態分配矩陣量給CPU和類GPU加速器。