[發明專利]一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法

在審

• 申請號: 202310265560.9
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116401908A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 夏兆輝;高百川;張昊博;韓錦鵬;劉健力;范洪碩;王啟富
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F9/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威

1.一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

S1將待處理物體進行等幾何體網格化獲得等幾何體網格模型，將該等幾何體網格模型進行劃分，以此獲得多個體單元和每個體單元中對應的控制點和高斯點，并將所述體單元、控制點和高斯點分別進行編號；

S2對于所述體單元中任意的一對交互控制點，利用該對交互控制點對應的體單元的編號和控制點各自的編號，形成該對交互控制點的信息向量組，以此獲得所有體單元中所有交互控制點對對應的信息向量組；

S3對所述體單元的每個高斯點處的形函數偏導進行異構并行計算，以此獲得每個高斯點處的形函數偏導矩陣；

S4利用所述交互控制點對的信息向量組中對應的體單元的編號，確定該交互控制點對對應的體單元對應的高斯點的形函數偏導矩陣，利用所述形函數偏導矩陣計算獲得應變矩陣，以此建立交互控制點和應變矩陣的對應關系；利用該對應關系計算交互控制點對的全局剛度系數子矩陣，以此獲得所有交互控制點對的全局剛度系數子矩陣，將所有交互控制點對的全局剛度系數子矩陣進行組裝，以此實現剛度矩陣的異構并行組裝。

2.如權利要求1所述的一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，在步驟S3中，所述形函數偏導進行異構并行計算按照下列方式進行：

S31將每個體單元中所有高斯點上的形函數進行偏導作為一個子任務，以此形成多個子任務；

S32將所述多個任務在CPU與GPU之間進行分配并開啟CPU與GPU多線程，其中，所述CPU的線程數量為CPU核數，一個線程將負責執行多個子任務；所述GPU的線程數量為分配給GPU的子任務數,一個線程將負責執行一個子任務；

S33所述CPU和GPU多線程并行計算形函數的偏導。

3.如權利要求2所述的一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，在步驟S31中，二維的所述形函數按照下列關系式為

其中，是二維參數坐標空間中的形函數，p，q是NURBS階數，i，j為控制點標號，ξ，η是參數坐標空間中的坐標值，W_i是具有全張量積性質的權重因子：W_i,j＝W_iW_j，n，m是參數坐標個數，分別是在一維參數空間中坐標ξ，η上的形函數。

4.如權利要求3所述的一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，在步驟S33中，所述計算形函數的偏導按照下列關系式進行：

其中，是二維參數坐標空間中的形函數，p，q是NURBS階數，i，j為控制點標號，ξ，η是參數坐標空間中的坐標值，W_i是具有全張量積性質的權重因子，W_i,j＝W_iW_j，n，m是參數坐標個數，分別是在一維參數空間中坐標ξ，η上的形函數。

5.如權利要求1所述的一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，在步驟S4中，所述計算交互控制點對的全局剛度矩陣按照下列步驟進行：

S41以交互控制點對為單位，將所有交互控制點對的全局剛度子矩陣的求解劃分為多個子任務，以此獲得多個子任務；

S42將子任務在CPU與GPU之間進行分配并開啟CPU與GPU多線程，CPU線程負責計算多個交互控制點對的剛度系數子矩陣；GPU線程只負責計算一個交互控制點對的剛度系數子矩陣；

S43?CPU和GPU多線程并行計算全局剛度矩陣。

6.如權利要求5所述的一種等幾何剛度矩陣CPU/GPU異構并行計算方法，其特征在于，在步驟S43中，所述全局剛度矩陣按照下列方式進行計算：

S431確定交互控制點對的共享單元；

S432計算每個所述共享單元的剛度系數子單元；

S433構建每個共享單元的剛度系數子單元與全局剛度系數子矩陣之間的關系式，以此獲得交互控制點對的全局剛度系數子矩陣；

S434將所有交互控制點對的全局剛度系數子矩陣進行組裝以此獲得待處理物體的全局剛度矩陣。