大規模非結構化四面體格線高性能解耦並行生成算法

《大規模非結構化四面體格線高性能解耦並行生成算法》是依託大連理工大學,由關振群擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大規模非結構化四面體格線高性能解耦並行生成算法
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：關振群

項目摘要

面向大規模科學計算，研究非結構化格線並行生成方法，提出高質量、高效率的四面體解耦並行格線生成算法，解決大規模科學計算計算中的格線生成與再生成、格線光順與移動等難點問題。重點研究分區算法，提出基於AFT-Delaunay算法的虛擬界面誘導分區界牆生成方法，實現子區域間的完全解耦；研究基於節點移動的格線並行最佳化算法，提出解耦的並行點球彈簧修勻法，實現格線光順與移動一體化；研究高時空效率的格線數據結構，提出基於點-單元結構的拓撲信息存儲結構，減少數據冗餘，提高格線拓撲信息的查找、添加、刪除和更新操作效率；研究非流形約束的AFT-Delaunay格線生成算法，提出基於八叉樹背景格線的高效布點算法，提高算法在分區內的生成速度。研發出並行程式，實現十億至百億個單元量級的三維非結構化四面體格線的並行生成。建立三維並行格線生成通用平台，為大規模科學計算提供核心支撐技術。

結題摘要

隨著科學研究的深入以及工程計算複雜度的提高，大規模科學計算格線模型的建立成為眾多研究領域亟待解決的共性問題。例如，流固耦合作用、流體/空氣動力學、電磁場和超大複雜結構的精細模擬分析。雖然近年來計算機技術的發展給解決大規模科學計算問題提供了可靠的硬體平台，但如何研究建立與之相應的高性能、工程化的大規模格線生成理論、方法、算法與軟體卻仍然是一項極具挑戰性的工作。算法並行化是解決大規模格線生成問題的必由之路。優秀的格線並行生成算法應具有以下三個特徵：與串列算法相當的格線質量、較高的串列代碼復用率、穩定的並行效率。而其中最重要的是穩定的並行效率，因為它是確保當處理器增加時可在一個合理時間內求解更大規模問題的最主要因素。提高格線生成算法並行效率的主要途徑是降低算法耦合度，但隨著耦合度的降低，保持良好的格線質量則極其困難。 本項研究面向大規模科學計算，提出高質量、高效率的四面體解耦並行格線生成算法，解決大規模科學計算計算中的格線生成與再生成、格線光順與移動等關鍵問題。重點研究分區算法，提出基於AFT-Delaunay 算法的虛擬界面誘導分區界牆生成方法，在實現子區域間的完全解耦的同時更能優先保障邊界面格線質量；研究基於節點移動的格線並行最佳化算法，提出解耦的並行點球彈簧修勻法，實現格線光順與移動一體化；研究高時空效率的格線數據結構，提出基於點-單元結構的拓撲信息存儲結構，減少數據冗餘，提高格線拓撲信息的查找、添加、刪除和更新操作效率；研製開發出基於OpenMP/MPI混合架構的高性能的並行格線生成引擎，實現10億至100億個單元量級的三維非結構化四面體格線的全自動並行生成。建立三維並行格線生成通用平台，為大規模科學計算提供核心支撐技術。