[发明专利]利用GPU加速的热化学非平衡流场数据计算方法和装置

说明书

本申请涉及一种利用GPU加速的热化学非平衡流场数据计算方法和装置。所述方法包括：通过CPU读取预先设置的网格数据、化学反应模型以及初始来流条件，并存储在全局内存中，通过GPU从全局内存中读取网格数据和初始来流条件，进行预先设置流场区域内的网格点计算，根据网格点计算结果和初始来流条件，更新边界条件，通过GPU从全局内存中读取化学反应模型，根据化学反应模型和所述初始来流条件，计算化学反应源项，GPU根据化学反应源项、边界条件以及预先设置的通量计算格式，迭代计算得到流场数据，GPU将所述流场数据存入全局内存；CPU从全局内存读取流场数据并输出。采用本方法能够提高流场数据计算效率。

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，特别是涉及一种利用GPU加速的热化学非平衡流场数据计算方法和装置。

背景技术

在飞行器进行高超声速飞行时，飞行器周围空气的温度迅速升高，这时气体的状态特征开始发生改变，逐渐出现“热化学非平衡效应”。热化学非平衡效应的出现会严重影响飞行器的气动热环境、气动力载荷以及电磁信号的传输，由于地面试验设备很难对此类现象进行精确地模拟，因此数值计算成为了研究热化学非平衡流动的重要方法。

由于热化学非平衡流动的控制方程是非线性的，并且组分连续方程中存在化学源项，因此给数值模拟带来了巨大的计算开销。随着高超声速技术的逐步实际应用，对热化学非平衡流动数值模拟的计算规模也提出了更高的要求，因此在热化学非平衡流动数值模拟中引入加速技术将具有重要的实际意义。

目前针对高超声速热化学非平衡流动的数值模拟普遍基于x86架构的英特尔(Intel)的中央处理器(Central Processing Units，CPU)，CPU虽然功能强大，但不适合执行浮点运算任务，并且CPU运算能力的提升受到摩尔定律的限制，单一的CPU不能满足对热化学非平衡流动这类复杂问题模拟的需要，因此多CPU并行计算成为一种可行的方法。为了进行大规模热化学非平衡流动数值模拟，往往需要借助于包含成千上万颗CPU的超级计算机来完成，并行计算的性能与成本都是与CPU数目成正比的，而超级计算机由于造价高昂不能得到普及，并且这种通过增加内核数量、提高时钟频率的发展方式逐渐受到散热和能耗的问题的限制，对计算性能的提升也越来越有限，因此基于CPU的计算方法不能对热化学非平衡流动问题进行快速、高效地模拟。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决CPU的计算方法不能对热化学非平衡流动问题进行快速、高效地模拟问题的利用GPU加速的热化学非平衡流场数据计算方法和装置。

一种利用GPU加速的热化学非平衡流场数据计算方法，所述方法包括：

通过CPU读取预先设置的网格数据、化学反应模型以及初始来流条件，并存储在全局内存中；

通过GPU从全局内存中读取所述网格数据和所述初始来流条件，进行预先设置流场区域内的网格点计算，根据网格点计算结果和所述初始来流条件，更新边界条件；

通过GPU从全局内存中读取所述化学反应模型，根据所述化学反应模型和所述初始来流条件，计算化学反应源项；

GPU根据所述化学反应源项、所述边界条件以及预先设置的通量计算格式，迭代计算得到流场数据；

GPU将所述流场数据存入全局内存；

CPU从全局内存读取流场数据并输出。

在其中一个实施例中，还包括：通过GPU从全局内存中读取所述化学反应模型，根据所述化学反应模型和所述初始来流条件，计算所述初始来流中各组分的浓度、计算前后向反应常数、计算所述初始来流中各组分的质量生成率、所述初始来流中各组分的生成率倒数项以及计算振动能生成率及其导数项。