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徐传福;邓晓刚;张丽伦;方建斌;王光雪;姜毅;曹伟;车永刚;王永贤;王正华;刘伟;程兴华

协同CPU和GPU在天河1A超级计算机上进行复杂网格的大规模高阶CFD模拟。 （英语） Zbl 1349.76655号

J.计算。物理学。 278, 275-297 (2014).
摘要：在当前多核加速HPC系统上编程和优化复杂的、真实世界的CFD代码是非常具有挑战性的，尤其是在协作CPU和加速器以充分挖掘异构系统潜力时。本文利用MPI+OpenMP+CUDA的三层混合异构编程模型，在GPU加速的天河1A超级计算机上移植和优化了我们的高阶多块结构CFD软件HOSTA。HOSTA采用了两种自主开发的高阶紧致定差分格式WCNS和HDCS，可以模拟具有复杂几何形状的流动。我们提出了一种用于GPU上高效多块计算的双层并行化方案，并对高阶CFD方案进行了特定的内核优化。在比较一个特斯拉M2050 GPU和两个Xeon X5670 CPU时，仅使用GPU的方法实现了约1.3的加速。为了实现更大的加速，我们合作用于HOSTA的CPU和GPU，而不是使用天真的仅GPU方法。我们提出了一种新的方案来平衡存储不足GPU和存储丰富CPU。考虑到CPU和GPU负载平衡，我们将HOSTA的每个TianHe-1A节点的最大模拟问题大小提高了2.3{\（\次\）}，同时与仅GPU的方法相比，协作方法可以将性能提高约45%。此外，为了在天河1A上扩展HOSTA，我们提出了一种聚集/散布优化，以最小化三维网格块的虚数据和奇异数据的PCI-e数据传输时间，并使用一些先进的CUDA和MPI功能尽可能重叠协同计算和通信。可扩展性测试表明，HOSTA可以在1024个天河1A节点上实现60%以上的并行效率。利用我们的方法，我们成功地模拟了包含800M单元的EET高升力翼型构型和包含150M单元的中国大型民用飞机构型。据我们所知，这些是最大规模的CPU-GPU协同模拟，可以解决复杂配置和高阶方案的实际CFD问题。

引用于18文件

MSC公司：

76米25 其他数值方法（流体力学）（MSC2010）
65日元10 特定类别建筑的数值算法

关键词：

GPU并行化;计算流体力学;CPU-GPU协作;高阶有限差分格式;多块结构网格

软件：

HOSTA公司;GPGPU（通用图形处理器）;磁粉探伤;CUDA公司;开放运算语言
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{C.Xu}等人，J.Compute。物理学。278275-297（2014年；Zbl 1349.76655）
全文： 内政部

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