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適用于任意網格的大規模并行CFD計算框架PHengLEI
關鍵詞：并行計算 cfd并行計算框架 phenglei 風雷軟件 hyperflow
摘要：針對計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)大規模并行計算的需要,我們設計了適用于任意網格類型的并行計算框架風雷(PHengLEI)軟件,同時支持結構網格、非結構網格和重疊網格.為了實現并行通信與網格類型無關且與物理求解器開發者隔離,我們設計了通用的通信模式和一種基于網格塊的“三合一”的數據交換模式,即將多塊結構網格塊、并行分區網格塊和結構/非結構網格塊間的交界面數據完全標準化為數據底層后,在數據底層統一進行交換,使得數據交換不依賴于網格類型和數據類型,從而實現任意網格類型并行通信模式的統一.作為氣動數據生產的“數值風洞”,要求代碼將并行隔離至底層,為此針對主流計算機系統的特點,設計了粗粒度MPI/OpenMP混合并行模式,領域專家只需關注求解器開發而無需關注并行通信,在提高可移植性、可擴展性的同時盡可能兼顧封裝性.針對大規模并行計算的實際工程需求,設計了并行分區、大規模并行文件存儲模式,以縮短前置處理和文件I/O時間.最后,分別基于結構網格、非結構網格和重疊網格,給出了工程應用領域的標模算例,以說明PHengLEI并行計算框架對不同網格類型的適應性.大規模網格測試結果表明,國產定制集群上16.38萬核并行效率達83%以上,“天河二號”上近10萬核并行效率達95%以上,展現了較好的可擴展性和并行計算效率.
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