基于GPU的結(jié)構(gòu)化多重網(wǎng)格計(jì)算流體力學(xué)并行求解優(yōu)化方法研究的中期報(bào)告

基于GPU的結(jié)構(gòu)化多重網(wǎng)格計(jì)算流體力學(xué)并行求解優(yōu)化方法研究的中期報(bào)告中期報(bào)告：基于GPU的結(jié)構(gòu)化多重網(wǎng)格計(jì)算流體力學(xué)并行求解優(yōu)化方法研究1.研究背景計(jì)算流體力學(xué)是工程領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一，其能夠?qū)α黧w進(jìn)行數(shù)值模擬，包括流體的流動(dòng)、傳熱、物質(zhì)轉(zhuǎn)移等過(guò)程，可以用于解決多種工程問(wèn)題。然而，由于計(jì)算流體力學(xué)求解的復(fù)雜性和高計(jì)算量，往往需要使用大規(guī)模并行計(jì)算?，F(xiàn)代GPU擁有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，因此GPU并行計(jì)算已經(jīng)成為高性能計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。在計(jì)算流體力學(xué)的求解過(guò)程中，結(jié)構(gòu)化多重網(wǎng)格（SMG）是一種被廣泛使用的快速求解方法，通過(guò)在不同的網(wǎng)格層次上進(jìn)行求解和插值，來(lái)提高計(jì)算效率。因此，利用GPU并行計(jì)算優(yōu)化SMG方法求解計(jì)算流體力學(xué)問(wèn)題，具有很大的研究意義和應(yīng)用前景。2.研究目的本研究旨在利用GPU并行計(jì)算優(yōu)化SMG方法求解計(jì)算流體力學(xué)問(wèn)題，提高求解速度和精度，為工程領(lǐng)域提供高效的數(shù)值模擬工具。具體目標(biāo)包括：（1）對(duì)SMG方法進(jìn)行優(yōu)化，提高其在GPU上的并行計(jì)算效率；（2）通過(guò)對(duì)SMG方法進(jìn)行優(yōu)化，提高計(jì)算流體力學(xué)求解的精度和效率；（3）開(kāi)發(fā)基于GPU并行計(jì)算的計(jì)算流體力學(xué)求解軟件，為工程領(lǐng)域提供高效的數(shù)值模擬工具。3.研究?jī)?nèi)容（1）SMG方法的優(yōu)化研究本研究將重點(diǎn)研究SMG方法在GPU上的優(yōu)化，包括SMG方法的并行化算法、GPU計(jì)算模型以及優(yōu)化策略等。具體工作包括：1）研究SMG方法的并行化算法，探究在GPU上實(shí)現(xiàn)SMG方法的算法優(yōu)化策略；2）研究GPU計(jì)算模型，選擇合適的GPU架構(gòu)，并優(yōu)化SMG方法的計(jì)算過(guò)程；3）研究SMG方法的優(yōu)化策略，包括靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配等方法；4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SMG方法在GPU上的優(yōu)化結(jié)果，包括加速比、計(jì)算時(shí)間等指標(biāo)。（2）計(jì)算流體力學(xué)求解的優(yōu)化研究本研究將對(duì)計(jì)算流體力學(xué)求解過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，主要包括優(yōu)化網(wǎng)格劃分、預(yù)處理策略、求解算法以及后處理等方面。具體工作包括：1）優(yōu)化網(wǎng)格劃分算法，使其更適應(yīng)GPU并行計(jì)算環(huán)境；2）研究預(yù)處理策略，優(yōu)化系統(tǒng)矩陣的求解；3）研究求解算法并行化，提高計(jì)算速度和精度；4）開(kāi)發(fā)后處理工具，提高計(jì)算結(jié)果的可視化和分析能力。（3）軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試本研究將開(kāi)發(fā)基于GPU并行計(jì)算的計(jì)算流體力學(xué)求解軟件，并使用典型求解模型進(jìn)行測(cè)試。具體工作包括：1）開(kāi)發(fā)基于GPU并行計(jì)算的SMG方法軟件，實(shí)現(xiàn)SMG方法在GPU上的優(yōu)化；2）開(kāi)發(fā)基于GPU并行計(jì)算的計(jì)算流體力學(xué)求解軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算流體力學(xué)求解的優(yōu)化；3）使用典型求解模型進(jìn)行測(cè)試，比較GPU優(yōu)化后的求解速度和精度。4.進(jìn)展情況目前，研究已完成了SMG方法的并行化算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，成功將SMG方法移植到GPU上。并針對(duì)SMG方法在GPU上的算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化，包括優(yōu)化訪存模式、優(yōu)化分層級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化任務(wù)分配等。研究還將研究求解算法并行化和網(wǎng)格劃分算法優(yōu)化等方面，并針對(duì)SMG方法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在計(jì)算流體力學(xué)求解方面，研究已經(jīng)完成了求解算法的并行化實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。不過(guò)，目前還未開(kāi)發(fā)出完整的計(jì)算流體力學(xué)軟件，該部分研究正在進(jìn)行中。5.研究意義本研究將為計(jì)算流體力學(xué)的求解提供高效的數(shù)值模擬工具，并對(duì)其進(jìn)行