[发明专利]一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法

权利要求书

1.一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：包括基于GPU的线性方程求解和动态荷载均衡策略两部分，具体过程如下：

(1)基于GPU的线性方程求解：

采用开源震害分析平台OpenSees作为震后分析平台，以GPU加速求解作为技术手段；首先，在OpenSees中建立集成器LinearSOE，用于存储地震分析中的线性方程组数据；然后，将数据由主机内存复制到GPU显存中；设计求解器LinearSOESolver，以调用GPU的大量核心来进行线性方程组的并行求解；最后，将线性方程组的求解结果从GPU显存复制到主机内存中，完成后续的震害分析；

(2)动态荷载均衡策略：

使用一组配有GPU的计算机实现高层建筑群的分布式计算，其中，一台计算机被分为一个Host，余下的为Slaves，Host负责给每一个Slave分配计算任务，Slave负责执行具体的计算任务；选择未分配任务中荷载最大的任务分配给当前负载最轻的Slave。

2.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中GPU加速的线性方程组求解器的编写原则为：首先，通过集成器在主机内存收集线性方程组数据，拷贝到显存中，再通过求解器进行并行计算，最后，将求解结果返回的主机内存中；其中，集成器和求解器分别设计。

3.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：所述步骤(1)集成器LinearSOE采用行压缩存储格式存储线性方程组的稀疏矩阵和求解向量，借助OpenSees的SparseGenRowLinSOE类实现CSR存储。

4.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：所述步骤(1)求解器LinearSOESolver中引入两个基于GPU加速的稀疏矩阵方程组求解库，用于OpenSees中稀疏矩阵方程组加速求解，分别为CulaSparse和CuSP；且求解函数的调用格式统一为：

5.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中动态荷载均衡策略任务分布流程包括“准备”、“更新”、“分配”和“完成”四步，其中，“准备”时，首先建立任务堆栈，在任务堆栈中，任务按照近似荷载量从大到小降序排列，再建立负载状态堆栈，在负载状态堆栈中，负载状态的个数等于Slave的个数，每个Slave对应的负载状态按照当前状态从小到大升序排列；“更新”为在每次任务分配前，更新负载状态堆栈，并按升序重新排列；“分配”为在任务堆栈中，当前荷载最大的任务被分配到最低负载的Slave上，同时最顶端的任务被移出任务堆栈。

6.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：采用开源的分布式计算管理平台HTCondor来实现动态荷载均衡策略。