[发明专利]基于多层网格的LBM并行优化方法

说明书

本发明涉及一种基于异构众核的LBM并行优化方法，其包括以下步骤：根据上述发明构思，本文发明一种针对多层网格的LBM并行优化方法包括以下步骤：步骤一，根据LBM并行运算特性改变多层网格下的计算流程；步骤二，在进程任务划分上，采取二维划分策略，同时根据划分情况设计相应的通信策略；步骤三，根据LBM并行运算特性设计通信缓冲区大小以及安排所需数据进行通信。具体优点有：根据LBM并行运算的特点，减少了通信同步的次数，从而降低CPU空置的比重；在任务进程划分上采取了二维划分策略，在保证正确的基础上使得计算域边界可以根据计算量大小灵活调整，不需要整齐对应；只需要部分数据通信即可保证计算正确，减少通信数据量。最终效果体现为加速比和加速效率的提升。

技术领域

本发明属于计算流体力学领域，具体涉及LBM算法、并行计算。

背景技术

随着CFD应用到不同的领域，相应的物理过程和几何模型变得越来越复杂，计算的网格规模变得更大，这些对计算机提出了更高的挑战。LBM方法作为一种十分重要的计算流体力学方法，需要大量的计算资源，因此并行性能的提升显得非常重要。

目前LBM并行计算包括且不限于以下问题：

(1)LBM并行计算过程中，通信量越大，并行性能越低；

(2)并行计算过程中，通信的同步会导致部分CPU空置，浪费计算资源。

发明内容

本发明的目的在于对LBM并行计算进行优化，进而节省计算资源和计算时间，提出了一种针对多层网格的LBM并行优化方法。LBM程序并行流程包括串行部分的计算区域和物理模型的建立、计算任务的并行划分、初始物理参数的设计和边界条件的选择等等。并行部分包括碰撞过程和迁移过程的计算、边界部分的处理、宏观量的计算。对于一个特定物理问题的计算，首先需要进行相应的前处理步骤，计算区域大小的选择、物理模型位置的确定和选择合适的格子Boltzmann模型，根据格子Boltzmann模型，选择相应的控制方程。根据计算区域和物理模型生成基于笛卡尔坐标系的流场网格。然后，根据计算节点的个数进行计算任务的划分，使每个计算节点计算任务量达到负载均衡为目标。

应用该并行优化方法一方面可以降低CPU空置比重，另一方面减少通信数据量，从而提高LBM方法的并行效率。

为达到上述目的，本发明的构思是：首先，在保证计算正确性的基础上减少单步计算中的计算次数，不论粗网格还是细网格都只需要一次进程通信。第二，根据计算负载灵活划分计算域，确定通信信息。第三，设计通信数据量更少的缓冲区完成通信。

根据上述发明构思，本文发明一种针对多层网格的LBM并行优化方法包括以下步骤：

步骤一，根据LBM并行运算特性改变多层网格下的计算流程；

步骤二，在进程任务划分上，采取二维划分策略，同时根据划分情况设计相应的通信策略；

步骤三，根据LBM并行运算特性设计通信缓冲区大小以及安排所需数据进行通信。

优选地，所述步骤一包括：

步骤十一，修改后的LBM单步计算流程内，除最粗网格外，其它层网格通信次数均可减少，各层最少只需一次通信。

步骤十二，将细网格多次通信减少到一次通信后，该次通信与粗网格的通信放到一起完成，两者之前不夹杂计算部分。

优选地，所述步骤二的进程任务划分，二维划分策略需要跟所有计算域存在交点的进程交换数据。这种策略首先根据目标进程边界坐标，然后根据目标进程边界信息确定是否需要通信以及具体通信格点数据。完成对所有相邻计算域所在进程的搜索后进行进程间通信。

优选地，所述步骤三设计缓冲区，选择部分数据而不是缓冲区内所有数据进行通信。