组合几何蒙特卡罗粒子输运支撑软件框架JCOGIN介绍

介绍了JCOGIN支撑软件框架层次式、模块化的体系结构及其核心数据结构。这些使得JCO-GIN软件框架能够支撑大规模复杂几何的蒙特卡罗(MC)粒子输运并行计算。同时介绍了在JCOGIN支撑软件框架下研发的JMCT程序,并进行了性能测试,在2万处理器核上模拟20亿粒子,并行效率达到70%。

组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN的研发

为实现核反应堆pin-by-pin精细Monte Carlo粒子输运模拟,研发了组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN以支撑千万个几何体、百亿个粒子的Monte Carlo粒子输运大规模并行计算。JCOGIN框架采用层次式、模块化的体系结构设计了适应现代高性能计算机体系结构特征的数据结构,在此基础上实现了对粒子并行与区域分解相耦合的两级并行计算的支撑。在JCOGIN框架下研发了JMCT程序,并进行性能测试,在2万个处理器核上并行效率达70%;基于区域分解完成了大亚湾全堆芯pin-by-pin模型模拟,几何体数达千万,粒子数达百亿。

JCOGIN粒子追踪算法优化

本文分析了多种先进蒙特卡罗程序的CSG粒子追踪算法,对JCOGIN粒子追踪模块进行了优化。粒子定位算法采取了边界粒子定位和源粒子位置预估,能减少一定量的粒子定位计算;径迹求交算法采取了安全距离优化和布尔二叉树展开,其中安全距离优化可减少电子输运径迹求交次数,布尔二叉树展开能使布尔体求交算法的时间复杂度降为O(n)。应用4个典型算例测试了优化效果,结果表明,粒子定位算法优化对于一般问题具有一定的优化效果,安全距离优化显著提升了电子输运效率,布尔二叉树展开大幅提升了JMCT对于非规则复杂几何的计算速度。

蒙特卡罗粒子输运程序JMCT研制

介绍了具有自主知识产权的蒙特卡罗(MC)粒子输运程序JMCT的初步研制成果。JMCT基于三维组合几何支撑软件框架JCOGIN,采用模块化,分成多层管理结构,可处理多群碰撞和连续能量碰撞,可进行粒子并行和区域分解并行两种并行方法,并具有良好的可扩展性和高速通信技术,同时配有可视化建模前处理软件。介绍了JMCT采用的多群物质碰撞机制,展示了程序模拟计算测试模型的结果,与MCNP程序计算结果一致。JMCT串行计算速度相比MCNP提高了约3倍;在20 480个处理器核上模拟2×109样本,并行效率可达70%。

JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟

几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子-光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。

蒙特卡罗区域分解并行计算中确保串并行结果一致的伪随机数应用

物理建模的精细化和三维模拟给蒙特卡罗粒子输运计算的规模成千上万倍的增加,甚至超过单核内存的最大规模,仅仅依靠传统的粒子并行蒙特卡罗计算无法实现对模型模拟,区域分解并行是可能的解决方法之一.然而区域分解带来了粒子在各区域间进行迁移,导致现有的伪随机数应用方式无法确保串行计算和并行计算的结果一致.针对这种现象,本文提出赋予粒子随机数属性和动态派生次级粒子随机数的技巧来确保区域分解并行计算的串并行结果一致.

通用型Monte Carlo粒子输运模拟软件JMCT的计数功能设计

本文提出了一种新的延时累加算法。基于底层的JCOGIN(J combinatorial geometry Monte Carlo transport infrastructure)框架和新的延时累加算法,通用型Monte Carlo中子-光子输运模拟软件JMCT的计数能力得到了较大提高。对所考察的非重复结构的单层几何模型问题,JMCT的计数效率较MCNP 4C程序所采用的list scoring技巧高约28%;对于较复杂的重复结构几何模型问题,JMCT的大规模精细计数效率比MCNP 4C高约两个量级。JMCT目前的计数能力为反应堆物理分析及多燃耗步计算奠定了良好的基础。

高分辨率粒子输运MC软件JMCT开发

基于并行无网格组合几何应用编程框架(JCOGIN)开发研制的高分辨率三维中子-光子输运蒙特卡罗(MC)软件JMCT,配可视前后处理,实现了区域分解和关于粒子数(MPI)及关于区域(Open MP)的二级并行,计算给出了大亚湾核电站反应堆全堆芯pin-by-pin模型寿期初和寿期中的功率分布及有效增殖因子(keff)结果,验证了JMCT的计算有效性和并行高效性。