PC-Cluster的构建和WRF模式并行运行

新一代中尺度模式WRF得到广泛应用,耗费计算资源也较多,单台微机不敷计算需求,而基层业务单位和个人难以承受昂贵的高性能计算设备。为此,本文以江苏省重点灾害实验室(KLME)的4台普通个人电脑和网络设备,按照不对称结构组建PC-Cluster系统。使用WRF模式对台风Khanun(2005)数值模拟,通过不同节点数并行试验,检验集群性能,表明该集群是基层业务单位及个人高性能计算的一种解决方案。

构建PC-Cluster系统实现精细数值模式业务运行

介绍了应用微机等设备构建PC-Cluster硬件系统以及完全应用免费开放软件配置PC-Cluster软件系统的方法,并以MM5并行模式为例,概述了并行模式在PC-Cluster系统的调试、运行技术。通过试验分析了PC-Cluster系统的性能后认为,PC-Cluster是一般用户高性能运算很好的解决方案,对提高我国数值预报业务和科研水平有重要意义。

PC-cluster在地震处理系统中应用的初步认识

随着PC集群技术的快速发展 ,越来越多的石油勘探公司引用PC cluster系统作为地震资料处理系统。文章就PC cluster处理系统与前端机的关系、作业运行方式和运行效率等几方面谈一些初步的认识 ,以及优缺点的分析。

不同栽培种梨果实中可溶性糖组分及含量特征

【目的】对分属不同栽培种的98个梨品种果实中可溶性糖组分及含量进行分析,以比较不同种及品种间糖含量和组成的特点与差异。【方法】用高效液相色谱法对成熟期梨果实中糖组分及含量进行测定,对数据进行主成分分析和聚类分析。【结果】(1)成熟期梨果实的可溶性糖主要由果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇组成,其中果糖含量最高,均值为51.17mg·g-1FW。不同品种之间,果糖和葡萄糖的含量相对稳定;蔗糖和山梨醇含量变化幅度较大,变化范围分别为1.14—47.75mg·g-1FW和4.46—47.29mg·g-1FW。(2)不同栽培种梨果实的糖分组成中,果糖的含量均为最高,占总糖比例的42.22%—57.02%,而其它3种可溶性糖含量在不同系统中存在较大差异。白梨和新疆梨中葡萄糖、山梨醇含量接近,蔗糖含量最低;西洋梨和秋子梨中葡萄糖、蔗糖含量接近,但西洋梨中山梨醇含量较高,而秋子梨的山梨醇含量较低;砂梨中蔗糖、山梨醇含量接近,葡萄糖含量最低。(3)不同种之间糖分的分布特点是:白梨分布在高葡萄糖和高山梨醇区域,砂梨分布在高蔗糖和高山梨醇区域;西洋梨分布在高果糖和高山梨醇区域,秋子梨分布在高葡萄糖和高蔗糖区域,新疆梨分布在高果糖和高葡萄糖区域。【结论】梨果的糖分主要由果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇组成,其中果糖含量最高;不同品种之间果糖和葡萄糖含量相对稳定,蔗糖和山梨醇含量变化幅度较大。不同栽培种中,果糖含量稳定,其余糖分含量存在较大差异。根据糖组分的分布划分,白梨为高葡萄糖和高山梨醇型,砂梨为高蔗糖和高山梨醇型;西洋梨为高果糖和高山梨醇型,秋子梨为高葡萄糖和高蔗糖型,新疆梨为高果糖和高葡萄糖型。

基于PC机群的电力系统小干扰稳定分布式并行算法

大区电网互联后,系统弱阻尼动态稳定问题突出使区域间的低频振荡现象时有发生。对大规模电网进行小干扰稳定分析时,电网数据按地理位置分布,各电网仅拥有本网的数据,全网数据收集困难;超大规模电网对应的高阶代数/微分方程组模型在线性化之后的矩阵规模庞大,特征值求解速度慢,这些都要求从分布式及并行计算的角度去研究小干扰稳定问题。该文基于中国电力科学研究院提出的"端口逆矩阵并行解法",提出并实现了小干扰稳定特征值求解的"逆迭代转Rayleigh商迭代法分布式并行算法"和"同时迭代法分布式并行算法"。所提出的小干扰稳定特征值分布式并行解法,通讯次数少,每次的通讯量小,具备分布式计算的实际应用前景。应用所开发的小干扰稳定并行计算程序,在实际大规模系统上进行了测试和分析,验证了所提出算法的正确性和有效性。

基于PC机群的电力系统机电暂态仿真并行算法

在电力系统的动态稳定在线评估和实时仿真计算中,并行处理是一种非常有发展前途的技术。许多种类的并行算法已被提出,并在不同类型的并行计算机上实现。由于具有性价比高、升级和扩展性能好的特点,PC机群并行计算机吸引了越来越多的注意力。本文综述和讨论了几种机电暂态并行算法,特别是在PC机群上实现这些算法的有利和不利条件。本文讨论的并行算法包括:网络分割、线性方程并行求解、牛顿类算法和一些时间并行算法。

电力系统电磁暂态实时仿真中并行算法的研究

该文从软件开发的角度出发,提出了一种解决电磁暂态实时仿真问题的分网并行算法。算法中采用"节点分裂"进行网络分割,采用子网内部节点电压方程与子网之间边界点电压相等的关系联合求解网络,并结合长输电线解耦法,在电科院开发的实时仿真器ADPSS中实现了电磁暂态分网并行计算,使网络中任意点都可以作为边界点进行网络分割。该算法不但能保持长输电线解耦法并行计算的较高并行效率,还能提高分网并行的灵活性。实际系统的计算结果表明:文中所提出的网络并行算法是正确和有效的;节点分裂法即可用于交直流电力系统实时仿真分网并行计算,以实现交直流系统实时仿真。也可应用于电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真接口计算中, 实现电力系统电磁暂态仿真与机电暂态仿真的混合仿真。

基于差异进化和PC集群的并行无功优化

提出了一种在线求解电力系统无功优化问题的方法。该方法基于新的差异进化(DE)算法 和并行计算技术,在PC集群上实现优化。IEEE 118节点系统的算例表明:DE算法尽管简单,但 可快速收敛到近似最优解;采用并行差异进化和适当规模的PC集群,可大大缩短电力系统无功优 化的计算时间,使之满足在线应用的需要。

微机群并行实现Marmousi模型叠前深度偏移

波动方程叠前深度偏移等地震资料处理需要相当大规模的计算资源条件．巨型并行机因其计算能力强而备受工业界的青睐，但其价格的昂贵也限制了使用范围．近年来国际上出现的微机群是一种大规模并行计算的廉价实现方案，本文即是讨论利用微机群来实现Ｍａｒｍｏｕｓｉ模型叠前深度偏移所涉及的数值实现．为比较起见，我们选择国际上大规模分布式并行计算机代表－ＩＢＭＳＰ－２以进行计算性能的比较．

基于区域分解算法的岩土大规模高性能并行有限元系统研究

岩土工程规模大,加上岩土介质复杂的特性,使得当前有限元数值模拟在时间和精确度上很难达到工程要求。研究了在普通 PC 机群上实现的大规模并行有限元方法,以更好地发挥有限元在岩土工程中的应用。组建了Windows 下 PC 机群并行系统。采用“分而治之”的并行策略实现有限元并行,并实现了存储局部化。采用基于区域分解预处理技术的并行共轭梯度法来实现方程组的求解。集成以上方法,用 C++开发了并行有限元程序ParallelGeoFEM。对水布垭地下厂房进行了三维有限元并行模拟,得到了较好的加速比。结果表明,基于区域分解的并行有限元方法可以实现岩土工程大规模快速精细的模拟。

一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法

在电力系统在线动态稳定评估和实时数字仿真计算中,并行处理是一种极有发展前途的技术。复杂故障计算是电力系统仿真计算中最重要、计算量最大的部分之一,已经成为大型电力系统实时仿真的瓶颈。由于求解故障端口间等值阻抗的复杂性,传统方法不适用于并行处理。作者提出了一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法。算法中采用了故障处理局部化、降维网络方程的构造和线性方程组并行处理等多种技术,以减少并行计算量和通讯量。在原有串行程序的基础上,作者在PC机 群上实现了复杂故障的并行算法。实际系统的计算结果表明,文中所提出的复杂故障并行计算方法是正确和有效的。

PC集群系统中MPI并行FDTD性能研究

本文在MPI编程环境下研究了不同虚拟拓扑结构方式的3维并行时域有限差分算法(FDTD).将程序运行于本文组建的高性能PC集群系统中,计算分析了一种新型光子带隙微带传输线结构的S参数特性,并以此为研究实例,深入地比较了不同MPI虚拟拓扑方式对PC集群系统中并行FDTD性能的影响,在此研究的基础上给出了PC集群中MPI编程环境下并行FDTD的最佳虚拟拓扑方式.

复杂观测系统下的三维波动方程叠前深度偏移

波动方程三维叠前深度偏移是近年应复杂地质构造与地震岩性成像需求而发展的一项关键技术 .此项技术与集群式并行机的结合 ,更是将其价格性能比降低至工业生产规模应用水平 .然而 ,波动方程三维叠前深度偏移的实用化还需要诸如地震资料网格化、并行计算负载平衡等一系列配套技术 .本文针对油田实际资料 ,试验了其应用波动方程三维叠前深度偏移的规则化技术 ,并结合地震炮集数据的特点 ,在自组装的集群式并行机上 ,解决了其节点间的负载平衡问题 .本项工作有助于推近复杂观测系统下的地震数据实现三维波动方程叠前深度偏移 .

基于PC集群并行图形绘制系统综述

如何满足大规模数据集科学计算可视化、沉浸式虚拟现实和巨型场景绘制等应用领域都对计算机图形绘制能力的需求已经是计算机图形学领域亟需解决的问题。在高速网络互联并配有高性能3D图形卡的PC集群上构造并行图形绘制系统已经成为普遍的解决方案。根据几何图元归属判断的时机,并行图形绘制系统可分为Sort-first,Sort-middle和Sort-last。根据应用程序在集群节点间的分布,基于集群的并行图形绘制系统可分为Client-Server和Master-Slave两种系统模型。目前流行的基于PC集群并行图形绘制系统包括WireGL,Chromium,ScalableDisplayWall和AnyGL。

PC集群MPI并行矩量法分析复杂平台多天线特性

为分析安装于诸如飞机、舰艇等复杂目标上多天线的电磁兼容性,本文引入了C osta基函数对多天线线面连接结构进行建模.针对计算量过大、耗时太长这一主要障碍,结合RW G基函数特点,设计了一种高效的适用于共轭梯度方法求解的棋盘状并行矩阵填充算法,避免了RW G基相互作用的重复计算,然后详细地讨论了并行共轭梯度算法求解矩量法矩阵方程的并行实现过程.本文进一步开发并在PC集群中实测了M P I并行矩量法程序性能,作为应用计算了安装于某飞机头部的多天线辐射特性.

用PC机群组构并行超级计算机

美国由高等院校、大型实验室和研究部门共同研究推出ＰＣ群机Ｂｅｏｗｕｌｆ超级计算机．这一创举，说明超级计算机可以用大众化的ＰＣ机集群来完成，这对我国是一个挑战和机遇．这里对Ｂｅｏｗｕｌｆ作了一些研究的基础上，论述了ＰＣ群机的结构组成原理，操作系统平台和并行计算秩序设计、并行通信程序设计等问题．

基于Hilbert空间排列码的海量空间数据划分算法研究

在深入分析了Hilbert空间排列码的线性映射特性后,将其应用于数据划分之中,并给出了具体的实现算法。本算法既考虑了空间目标的聚集性,又考虑了各个划分结点上数据存储量的平衡性,极大地提高了并行空间数据库的处理效率。

数据库集群服务器的设计和管理

文章分析了数据库集群服务器的特点和结构,研究了Anycast数据库集群服务器节点监听算法、事务发布和异常处理,给出了Anycast数据库集群服务器管理软件的设计方案,并结合数据库集群服务器软件DBC2.0的开发讨论了软件的实现。

灾害性天气/气候高性能模拟器

灾害性天气 /气候高性能模拟器 ,是我们根据研究项目需要 ,巧妙地学习Beowulf模型研制而成 .一系列测试表明 :⑴当 32个节点求解 4 .2万个线代方程组时 ,浮点运算峰值速度高达每秒 2 6 7.8亿次 ;⑵运转并行性高的应用测试软件MM5v3,用 8个节点计算比国内同类PC集群快 2 .5倍 ,但比SGI 380 0慢 1.2 3倍 ;16个节点时并行效率最高 ,比同类快至 3倍 ,竟与SGI380 0相当 .⑶ 32位字长的模拟器与 6 4位字长的SGI 380 0气候数值模拟的精度测试表明 ,模拟器与SGI积分了 18个月后的模拟值与观测值都相当接近 ,它们相对观测值的最大误差约 3～ 4位势米 .第一个成功应用实例是出色完成RMIP第一阶段的任务模拟亚洲地区 1997.3.1-1998.8.31间特旱、特涝两个极端气候事件 .我们用蓝光 32 XP并行 18个月积分只需花 0 .81d ;同时 ,模拟影响特旱、特涝的一些重要系统 (如南亚高压、低空急流等 ) 18个月来始终与观测的相一致 ,因此相应模拟的气候异常也与观测的相近 .2 0 0 1年 12月在日本RMIP工作会议上报告 。

集群环境下的并行聚类算法

探讨在集群环境下，如何设计并行聚类算法。作为一种低成本、通用并行系统，集群系统的通信能力，相对于节点的计算能力，是一个瓶颈。所以在集群环境下，设计并行聚类算法时，应采用数据并行的思想。从理论上，对采用数据并行思想后，影响聚类算法的加速比和聚类质量的因素进行了分析，然后通过一个验证算法PCIT(Parallel clustering algorithm based on Index Tree)证实了理论分析的正确性。研究结果可以为以后设计更好的数据并行聚类算法提供理论依据。