[发明专利]基于神威架构的三维应变仿真PCG并行优化方法及系统

说明书

本发明属于数据处理技术领域，提供了基于神威架构的三维应变仿真PCG并行优化方法及系统，该方案通过对弹性体三维应变仿真PCG迭代算法数据划分优化、从核访存优化、双缓冲优化策略、任务并行与数据并行结合优化、从核间RMA通信优化，该方法为针对神威新一代超算平台开发、移植或优化应变弹性固体的平衡仿真程序的开发人员提供了一种通用的优化方法。

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及基于神威架构的三维应变仿真PCG并行优化方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

弹性体的三维应变仿真分析应用于很多大型的工程之中，例如地基应力与沉降计算原理、混凝土材料受拉劈裂实验的力学原理，工程应变分析、结构中的剪力滞后问题等。在弹性体的三维应变仿真分析过程中，采用了PCG迭代的方式来进行方程组的求解，这也是整个程序的计算密集算法。

PCG(Preconditioned Conjugate Gradient，预处理共轭梯度算法）是一种利用多次迭代对方程组进行求解的方法。相比于使用直接法求解方程组，其对于存储空间的要求不高且扩展性良好，在涉及方程组求解的科学计算应用中具有一定的优势。大规模方程组求解在高性能计算机上进行计算时，使用直接法往往会因为程序的崩溃而导致之前的计算成为无效计算。再次进行计算时，之前已经计算过的部分要进行重新计算，浪费了大量的时间与计算资源，使用PCG算法能够有效地解决这一问题。

但目前在神威新一代国产超算中并没有针对神威架构对PCG算法的相关优化研究，这使得PCG算法在神威架构上难以发挥其收敛速度快、存储量小的等优势特点。

同时随着实际工程所要求精度的提高，单一计算机难以满足各种实际应用的模拟要求，需借助高性能计算机来进行一系列应用的仿真与模拟。

神威新一代超级计算机系统继承和发展了“神威·太湖之光”体系架构，基于神威新一代高性能异构众核处理器和互连网络芯片构建。系统由运算系统、互连网络系统、软件系统、外围服务系统、维护诊断系统、电源系统、冷却系统组成，支持MPI、OpenMP、OpenACC等并行编程环境神威新一代超级计算机编译器得到了极大的优化，然而从核受限于LDM空间大小，使得弹性体的三维应变仿真程序无法直接在从核运行，无法直接有效的利用神威新一代超级计算机强大的计算能力。

目前虽然有一些并行有限元相关的程序优化，但是并没有针对神威架构对弹性体的三维应变仿真程序中的PCG算法的相关优化研究，这使得弹性体的三维应变仿真程序在神威架构上计算时间较长，不利于进行仿真模拟。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供基于神威架构的三维应变仿真PCG并行优化方法，其针对神威新一代超级计算机体系结构的特征以及PCG算法优化的需要，提供了高效的并行实现方式，该优化方法的提出对于弹性体的三维应变仿真程序以及PCG算法在国产高性能计算平台高效应用有一定的指导意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供基于神威架构的三维应变仿真PCG并行优化方法，该方法基于SW26010 Pro处理器实现，包括如下步骤：

对弹性体三维应变仿真程序进行剖分，寻找程序中计算密集型算法部分；

将程序中计算密集型算法部分分割为多个计算任务，并行分发至一个或多个主核；

每个主核将任务对应的数据进行分割，将其分发给一个或多个从核进行并行计算；

从核将程序中计算密集型算法的迭代结果回传至主核。

作为一种可能的实施方式，所述对弹性体三维应变仿真程序进行剖分，寻找程序中计算密集型算法部分通过采用手动插桩的形式，在程序内部进行细粒度的热点分析。