[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

摘要

本发明提供一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，属于土木工程防灾减灾技术领域。该方法包括基于图形处理单元GPU的线性方程求解和动态荷载均衡策略两部分。线性方程组求解是震害分析中最耗时的部分。利用GPU并行计算优势，针对单个高层建筑震害分析提出了基于GPU的线性方程组求解算法，并借助开源震害分析平台OpenSees进行算法开发，实现高层建筑单体分析的并行加速；基于此，提出适用于高层建筑群的动态负载均衡策略，将不同高层建筑单体计算任务合理分配个不同的GPU，利用GPU集群实现高层建筑群分布式计算。以50个高层建筑为对象，本发明基于GPU的分布式计算效率要比单机效率提高52倍。本发明为高层建筑群的震害分析提供了高性能的计算手段。

主权项

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。