基于高性能计算环境的科学应用平台工作流设计与实现

【目的】为了有效解决领域科学应用计算中的复杂多步计算及高通量计算流程繁琐、低效的问题,本文研究科学应用平台工作流的关键技术。【应用背景】本文将基于高性能计算环境的科学应用平台与工作流的理念相结合,同时适用于多领域、多体系的科学计算软件,为相关高性能计算应用的科学研究与工程研发提供有力支撑。【方法】针对不同领域应用需求,本文设计实现了多任务连用工作流和高通量应用计算工作流。多任务连用工作流不仅在服务端和客户端设计了一套通用自定义工作流的逻辑方案,让用户能够自主设计多任务连用,还在高性能计算环境中封装领域特色工作流,满足更特殊专有的需求;高通量应用计算工作流在任务间相互独立的情况下,采用多进程并发以及异步上传文件流的方法提高并发程度,在任务间相互关联的情况下,编写脚本生成批量文件后仅与高性能计算环境交互一次,在申请的计算资源下采用了两层主从模式的负载均衡方案实现子任务间的协同并发。【结果】相较于平台普通提交任务方式,多任务连用工作流可以使用户节省接近10倍的时间,高通量应用计算工作流可以在耗时、易用性和自动化程度等方面展现出显著优势。【结论】本文设计实现的科学应用平台工作流能够更加高效、自动化地解决众多复杂的应用需求,为广大科研人员带来更优质的高性能计算应用服务。

蒸气云爆炸荷载计算方法比选研究

通过比较计算爆炸荷载的4种常用方法:三硝基甲苯(Trinitrotoluene,TNT)当量法、贝克斯特洛唐(BakerStrehlow-Tang,BST)法、荷兰应用科学研究组织(Netherlands Organization for Applied Scientific Research,TNO)多能法和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,得出对于石油化工行业易发的蒸气云爆炸,推荐采用TNO多能法或CFD方法的结论。通过构建蒸气云爆炸场景,定量评估TNO多能法或CFD方法在单爆炸场景计算中的准确度和适用性。研究结果显示,在爆炸冲击波近场,CFD方法在计算中考虑了障碍物对爆炸冲击波的遮挡效应,其近场的计算结果更为可信,但是在爆炸冲击波远场通常会高估爆炸冲击波衰减速度。TNO多能法在爆炸冲击波远场的计算中更有优势,但在爆炸冲击波近场的计算结果受使用者主观影响较大。研究成果可为学者科学地选择计算方法,并准确评估爆炸荷载提供参考和依据。

计算型科研的理念、内涵及农业科研发展的启示

【目的】随着大数据时代的到来,科学研究方式的计算型特征日益明显,计算型科研已成为新时期科研模式变革的重要方向。【方法】通过对计算型科研产生背景、内涵、理念的分析,探讨了在数据密集型环境下,计算型科研在基础设施、研究对象和研究方法方面对科研活动所展现出的新需求。【结果】以农业领域为应用场景,从环境营造、数据共享、协作体系、装备研发和素质培育5个方面为农业科研的发展提供了启示,以期能够全面提升计算型科研面向农业创新与管理的“融入环境、嵌入过程”的能力,有效支撑农业领域科研模式的转型升级。

科研融入本科教学的研究——以计算机在化学中的应用课程为例

通过计算机在化学中的应用课程学习,同学们能系统地掌握中国知网、Web of Science等数据库文献检索,论文撰写,以及EndNote文献管理、ChemSketch和ChemOffice有机结构绘制、Origin实验数据处理等软件的基本操作,具备基本的科研素养。为使同学们更好地掌握本门课程,主要在教学内容和教学模式上进行优化。教学内容上将科研融入本科教学,运用所学到的知识引导学生解决实际的科研问题。教学模式上充分运用网络平台采取线上和线下相结合的模式,适当缩短教师讲授时间,增加学生上机练习时间,增加课堂翻转环节。这样可加深学生对相关内容的理解,拓展学生的视野,提高学生的科研创新能力。

云计算在地市级科技情报工作中的应用与推广

文中以云计算在地市级科技情报工作中的应用与推广为主题,介绍了云计算和地市级科技情报工作的背景,详细探讨了云计算在数据存储与管理、数据分析与挖掘、协同工作与共享等方面的应用,并分析了云计算的优势。然后,讨论了云计算在地市级科技情报工作中的推广策略。最后,总结了云计算在地市级科技情报工作中的应用及其未来发展趋势。

科学计算可视化及其在电力系统中的应用前景

科学计算可视化是近年发展起来的计算机应用技术。它融合了图形学、图象处理、数据管理、计算机网络和其它相关领域技术，目的在于解决巨量数据的处理和信息的综合表示问题，提高信息的利用效率。电力系统是一个复杂的大系统，应用科学计算可视化将有助于电力系统的研究和发展。本文介绍了科学计算可视化的技术和应用状况，并结合电力系统中信息与数据的特点，提出了可视化技术在电力系统研究中应用的方式和设想。

一个科学计算服务网格应用系统的设计与实现

为扩大计算能力的共享规模,并充分复用已有的计算程序,提出了一个SCS服务的概念.一个SCS服务把一个科学计算程序和它的宿主环境(计算节点)结合起来,构成了一个提供科学计算服务的基本单元.设计了一个网格应用系统(PCG系统)来管理SCS服务.PCG系统是一个3层的架构,顶部是一个Web门户,中间是SCS服务管理器,网格中间件系统位于后端.SCS服务管理器是整个系统的核心部分,包含了四个模块:通讯模块(comm)、需求转换模块(UserRequirementsTranslator)、服务信息查询协商模块(ServiceQuery&Broker)和服务提交管理模块(ServiceHandler).基于GlobusToolkit作为中间件,PCG系统已经在北京大学校园网内跨越多个局域网进行了实现.在PCG系统上,已经成功地运行了若干个实际科学计算的实例.

网格计算的应用支持平台和运行环境分析

从软件技术的角度,采用多种分类方法,介绍支持科学计算在网格环境运行的主要难点和技术策略,并通过几个相对成熟的网格科学计算应用支持平台和运行环境研究项目探讨现阶段支持网格科学计算的可行方案和计划。

科学计算资源网格服务化研究与实践

网格计算已经进入了以服务为中心的新阶段 ,共享的方式转为采用具有良好跨平台、互操作性的网格服务 针对科学计算资源 (主要是遗产型应用 )的网格服务化问题 ,进行了研究 ,提出了一个解决方案 :采用共同的抽象的调用接口来屏蔽各种各样科学计算应用接口 ;“按需”科学计算工厂解决了科学计算服务的管理与信息发布 ;统一的框架来监视计算的执行并进行运行时操纵 在设计方案的实现过程中 ,解决了底层包装和非阻塞调用问题 在原型实现的基础上 ,这个设计解决方案被成功地应用到了项目开发之中

一种有限元科学计算可视化方法

通过线性插值和关联网格追踪建立了有限元二维基本单元的等值线生成算法;建立了平面局部坐标和三维整体坐标的转换关系式,并结合分体为面的思想将二维单元可视化算法推广到三维空间;构建了结构变形图比例放大因子计算公式;以三维有限元可视化算法构建了轴承座强度分析的等效应力云图和铁路货运罐车前六阶模态振型图。结果表明,该算法能够准确有效地描述有限元分析结果,具有工程应用价值。

科学计算应用程序单核指令级优化研究

尽管高性能计算机性能提升越来越快,但科学计算应用程序获得同步的性能提升是很困难的.提高科学计算应用程序的执行性能,需要依照高性能计算机体系结构的特点进行针对性的优化,其中单核指令级优化是科学计算应用程序性能优化的重要方面之一.以基于JASMIN（J adaptive structured meshes applications infrastructure）框架实现的Euler程序为例,探讨了科学计算应用程序在Intel Xeon微处理器平台上的具体性能问题和指令级并行性能优化方法,并较大幅度地优化了Euler程序的单核性能.程序优化后,二维和三维两个物理模型计算的总运行时间比优化前减少了21％～34％,核心模块Gas1dapproxy的执行时间缩短了50％以上.性能优化实验表明：流水线效率已成为影响科学计算类实际应用程序计算效率的重要因素,需要通过降低计算语句的依赖度、减少长延迟计算数量等方法予以改进.

浅议信息可视化基本原理与应用

人类现处在信息爆炸的时代。对繁杂的抽象信息之间复杂关系的成功探索与逐渐揭示,促使了信息可视化这一崭新科学领域的出现。它综合了科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学、认知科学等诸多学科的理论和方法。科学可视化与信息可视化的区别在于,前者的研究对象主要是具有几何属性的科学数据,而后者则主要应用于没有几何属性的抽象信息,旨在揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。本文对信息可视化的概念、特点、分类、应用等的研究现状作一综述。

快速检测流场中涡核区域的角度函数法

在现有的流场涡核区域的众多检测方法中,大多计算比较复杂。提出了一种称为"角度函数"的方法来快速检测流场中的涡核区域。角度函数是把流场中与某样本点相关的矢量方向按照一定的规则进行转换而得到的函数,它的极小值点即为涡核区域。给出了将此方法应用于具体的流场检测涡核区域的结果,并将几种不同的涡核区域检测方法进行了比较。

GIS在地下水流模拟系统中应用研究

本文在研究孔隙地下水流可视化模拟系统框架的基础上,较详细地阐明了基于GIS的孔隙地下水流模拟概念模型的构建、模型的时间与空间离散、计算参数的自动赋值、模型的可视化拟合、模拟结果的可视化表达等的技术路线与实现的具体方法,基本实现了GIS与孔隙地下水流模拟模型的紧密集成以及孔隙地下水流模拟过程的可视化,为其它类型的地下水流可视化模拟系统的研究与开发提供了一些探索性的思路。

月球数据预处理工作流模型的构建及应用

为了改善算法研究过度依赖软件开发的现状,在月球探测数据处理工作中引入了科学工作流技术。首先,提出了一个改进的工作流元模型。该模型基于数据流建立处理过程,扩展了数据模型和过程模型。然后,对扩展后的数据模型和过程模型进行了设计:引入数据产品生成树,建立了数据之间的联系;对数据进行了封装和分层,便利了建模工作;基于有向无环图建立过程模型,特别是对于数学公式的描述,用语义建模替代图形化建模,降低了数学公式在有向无环图中建模的复杂性。最后,以嫦娥三号的数据预处理案例对模型进行了验证,结果表明该模型可以很好地解决探月工程数据预处理的灵活性问题。根据该模型研制的原型软件已在月球探测工程中得到了应用。

CCA技术的研究及其在地球动力学中的应用

大规模科学应用建模和模拟的特殊需求及其复杂性为科学家的研究带来了巨大的挑战。现今被广泛应用的组件技术不能应对这些问题。美国新近提出了一种适用于大规模科学领域的组件规范——CCA(Common Component Architecture),它将基于组件的软件开发方法引入到大规模科学领域中,能够很好地满足其特殊需求,解决建模和模拟过程中的复杂性。首先对CCA规范做了简要介绍,然后对基于CCA的框架进行深入分析,并通过实验证实了CCA的可行性。最后将CCA技术引入到地球动力学的研究中,更好地实现地球动力学模拟。

高校计算机实验教学模式的探索与研究

以高校计算机实验教学模式研究为思路,针对目前高校计算机实验教学中普遍存在的管理、维护及教学中的常见问题,提出了“以人为本、动态均衡”的“现代化实时管理模式”的观点及具体意见。

基于多特征融合的科学仪器工作状态检测方法

针对单一特征量状态检测的非鲁棒性,提出一种应用多特征融合技术的科学仪器工作状态检测方法。建立了条件约束方程组对基于圆内接直角三角形的圆检测算法加以改进。提出串并联混合结构模型,采用各特征量的模糊置信度作为模型输入,依据全局融合中心得出的综合置信度,决策出科学仪器工作状态指示灯的指示状态。EMX-SM7型电子探针的应用实验表明,该方法可以在多变的环境中准确可靠地完成在线检测任务。

数学实验课实践与研究

由于计算机技术和数学软件技术的飞速发展,引起了数学研究和数学教学的重大变化,数学实验课就是适应新的计算机时代的一门全新的课程。设立数学实验对培养学生的数学建模能力和科学计算能力将起十分重要的作用。在近年来教学实践的基础上对这门课程的目的、意义和作用做了明确的阐述,并对课程的内容和教法做了深入的讨论研究,建议数学实验课应该建设成为一门大学数学的技术基础课。

基于CAD二次开发的温度分布可视化研究

颜色可以作为增强科学可视化的技术之一,颜色的运用往往能够使表达变的更容易。论文分析了空心球简单模型的温度分布规律,通过制作比色卡建立温度与颜色的一一对应关系,然后用颜色曲面直观体现空心球各部分的温度分布情况,并将该方法运用于冷坩埚温度场的可视化中。研究表明在AutoCAD中用AutoLISP语言编程实现用比色卡和颜色曲面来更直观体现物体各部分的温度分布情况是可行的。