[发明专利]一种间断伽辽金法求解欧拉方程的GPU加速方法

摘要

本发明属于计算流体力学、高性能计算领域，涉及一种间断伽辽金方法(DGM)的GPU并行加速技术，具体为一种间断伽辽金法求解欧拉方程的GPU加速方法。本发明采用四面体网格对求解区域进行剖分，以基函数、高斯积分、数值通量为基础，GPU为主要计算硬件，CUDA为编程模型建立间断伽辽金方法GPU并行框架。通过CUDA并行框架实现了GPU多线程的管理，通过设计的数据结构和线程访问方式来实现高效的内存访问。在解决面积分需要单元间数据交换而不独立的问题时，采用了按照面网格并行、每个面网格的计算线程处理两个单元的方式，既避开了单元不独立的问题，实现了大规模并行，还减少了计算量。

主权项

1.一种间断伽辽金法求解欧拉方程的GPU加速方法，包括以下几个步骤：/n步骤1、读取计算网格的信息，并将面网格按照边界类型排序；/n步骤2、在CPU端进行几何参数的预计算，并将结果拷贝到GPU显存；/n步骤3、在GPU端完成流场的初始化，并且将时间步初始化为0；初始化时分配与单元数量一致的线程数，每个线程负责初始化单元内的所有场；/n步骤4、判断计算时间步是否达到预定的终止时间步，若达到，结束计算，否则继续；/n步骤5、在GPU端进入时间推进，具体为：依次启动面上场计算核函数、面积分核函数、体积分核函数、以及时间更新核函数。/n步骤6、再次判断当前计算时间步是否达到预定的后处理时间步，若达到，同步GPU线程，并将计算结果拷贝到CPU端，将当前计算得到的流场数据输出；否则不进行任何操作。/n步骤7、时间步自增1，转至步骤4。/n上述步骤中GPU显存不存储原始的网格信息而只存储：计算直接需要的且由原始数据计算得到的数据、网格拓扑关系以及流场数据，使用数组结构体的方式组织并存储在GPU全局内存中，而CPU端仅在预计算时保留网格原始信息和流场数据，在预计算完成后释放，仅保留计算的场数据；对于高斯积分点的基函数值、高斯积分权重、常数质量矩阵三类所有线程都会使用到的常数，存储于GPU的常量内存中。/n所述计算直接需要的且由原始数据计算得到的数据为法向量、体积和面积。/n