[发明专利]一种面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统

权利要求书

1.一种面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，该系统由多个节点组成，所述节点在逻辑上排成一层或多层的一维或多维阵列，同层的相邻节点之间直接进行通信连接，不同层的节点通过交换机进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，所述节点为具有独立的运算、存储与通信功能的逻辑结构单元，包括芯片、芯片组、板卡和独立计算机中的任意一个或任意多个的组合；

所述节点间具有网格状连通的高速网状网络和树状连通的低速树状网络；邻近数据通信在网状网上进行，全局数据通信以及统计或控制信息与指令的交换在树状网上进行。

3.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，所述阵列为可任意扩展的阵列，或为按任何可重复的排列方式组成的阵列，至少包括按矩形或长方体、三角形或四面体、六边形或十四面体形式形成的阵列；

所述阵列的边缘为开放的，或为与对应边相连的。

4.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，所述通信连接适用于所述节点间的任何连接方式，至少包括通信总线、交叉开关、网卡与网络连接线、串口或并口与串口或并口连接线、USB口及其连接线连接方式。

5.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，所述交换机为支持所述通信连接的任何多路输入、单路输出或多路输出的交换设备。

6.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，所述同层的节点被分为若干组，每组分别通过交换机与上层的一个节点实现通信连接。

7.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，该系统的并行计算采用多层次空间分解，各层的维数均等于或低于同层节点阵列的维数，且计算区域间的拓扑关系与相应节点或节点组间的拓扑关系相同。

8.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，该系统的并行计算采用由节点对应的区域四周向中心逐步向后续时间步推进，消除小尺度上的负载波动，每个节点处理的流程为：

a、检查是否有数据准备已完成的可计算的边界区段；

b、如没有，先向能提供数据的节点发出请求，然后开始计算一个不依赖于其它节点数据的区段，算完后在回到步骤a；

c、如果有，计算该区段，然后将数据发送给需要的相邻节点，并回到步骤a。

9.根据权利要求1所述的面向粒子模型的多层直连集群并行计算系统，其特征在于，该系统的并行计算在大范围的负载平衡时采用调整各节点计算区域大小的方式，具体包括：

1)负载信息经过逐层归约上传至根节点；

2)根节点据此计算形成调度指令回传给各节点；

3)实际的数据传递由节点间的直连通信完成。