基于MIC平台的三维瑞雷面波有限差分并行模拟

三维地震波动方程有限差分数值模拟,受到计算量大且内存消耗大地制约而计算效率较低,严重影响其发展和应用。目前,一种全新的异构众核协处理器,为三维并行计算提供了一条解决计算效率和数据存储问题的重要途径。基于三维有限差分计算的特点,介绍了面向MIC(Many Integrated Core)平台的三维瑞雷波有限差分并行算法移植和性能优化,采用ofload模式将计算核函数加载到MIC上,在MIC协处理上使用openMP多线程并行方式,并通过循环合并、nocopy数据传输、SIMD向量化和CPU+MIC协同计算方式进行优化。通过模型计算可知:三维数值计算程序在MIC上具有近线性加速比,MIC+CPU协同并行计算的性能可以达到纯CPU节点的4.5倍,大大提高了计算效率。通过对模拟结果与解析解的比较,以及对频散曲线特征的分析,验证了数值模拟的正确性。

3D大涡模拟(Leslie3d)的并行优化

大涡模拟的思想是直接数值模拟大尺度紊流运动,利用亚格子模型模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动的影响。大涡模拟在计算时间和计算费用方面优于直接数值模拟,在信息完整性方面优于雷诺平均模型。首先实现了3D大涡模拟程序(Leslie3d)在异构平台(CPU+MIC)的正确运行,然后分别对CPU端和MIC端的代码进行了优化,包括利用了多线程、SIMD向量化以及循环展开等编译优化手段,最后通过负载均衡实现了CPU+MIC的协同优化。相对原始发行版代码,优化后的代码在异构平台上获得了24x的加速效果。程序的优化思路对大涡模拟程序在国产异构平台上的优化具有指导意义。