摘要：研究了两类含Riemann-Liouville分数阶导数的分数阶微分方程两点边值问题。理论上,通过引入分数阶Green函数将含有Riemann-Liouville分数阶导数的两点边值问题等价转换成一个积分方程;并用Lipschitz条件和压缩映射原理给出了含有Riemann-Liouville分数阶导数的两点边值问题的解存在唯一的充分条件;数值上,设计了单打靶法,把含Riemann-Liouville分数阶导数的两点边值问题转化为含Riemann-Liouville分数阶导数的初值问题进行求解,并给出了较为精确的数值解。仿真结果表明:单打靶法是数值求解此类分数阶微分方程两点边值问题的有效工具。

摘要：为解决我国绝大多数城市的城市级管网和区域性管网普遍存在线路老化、满负荷使用、管理混乱、应急处理能力差等问题,建立云结构智能地下管网管理信息系统。在GIS技术基础上,为城市综合管网资源的数字化、智能化以及动态监控等方面提供专业的解决方案,应用地理信息、三维模拟、一体化管线探测等先进技术,建立城市地下管网基础地理信息数据库,实现地下管网信息资源的集中管理、统一服务,为最终实现水、电、燃气智能化、数字化管理奠定基础。

摘要：随着待求解问题的维数的增加以及网格的加密，在数值计算过程中产生的稀疏线性方程组的求解便成了计算过程中最消耗计算资源的模块。在本文中我们根据问题本身所产生的矩阵的特殊结构，设计了一种精巧的 PR （Permutation and Reduction）置换约减算法，可以有效地减少矩阵的维数，减少矩阵分解过程中的填充，加快了分解的速度。

摘要：动力学蒙特卡洛方法是一种随机方法,它将系统的演化过程抽象为状态到状态之间的跃迁,这种方法被广泛地应用到各种材料的演化模拟中.本文采用同步子域方法实现了空位跃迁过程的MPI并行模拟,通过自适应同步时间步长方法,在保证准确性的情况下获得较好并行性能.设计动态添加通信数据的通信方式,有效降低通信开销.数值实验表明,采用同步子域的串、并行方法同原始串行算法结果一致.同时算法在大规模问题的模拟上也表现出很好的并行效率.

摘要：分子动力学模拟是研究材料辐照效应下微观结构演化的重要工具。对4款主流材料计算大规模分子动力学开源软件LAMMPS、Ls1-MarDyn、IMD和CoMD进行了详细的介绍,从数据结构、计算方法、并行分解方式、原子存储等多个方面进行了横向分析比较。通过设计算例测试了各软件的计算效率、并行性能和内存使用情况。针对压力容器关键材料辐照缺陷演化计算特点,提出了设计节省存储空间的面向单晶的新型数据结构的设想,为后续实现大时空尺度分子动力学模拟研究提供了研究基础。

摘要：为了实现大尺度水文模拟中的参数率定,提出一种基于优化算法的大规模多级并行参数率定框架。首先利用MPI划分子通信域的技术,实现了多级并行处理框架,其次设计了基于对等模式的整体架构,以充分利用处理器资源,最后使用大量非阻塞式通信的方式优化了计算效率,减少了进程间等待。将该框架应用于HIMS水文模型的参数率定,试验结果表明,对等多级并行框架相对于主从并行框架具有更好的寻优效果,利用非阻塞式通信,在寻优效率上有所提升。该框架能够高效地利用大规模处理器且有效地缩短运行时间,提升了参数优化的整体效率,具有良好的扩展性。

摘要：针对分布式水文模型在水文模拟参数率定过程中计算与收敛速度过慢的问题,提出一种面向异构平台的水文模拟并发参数率定方法。对传统的L-BFGS算法进行并发式改造使其结构适应并行计算的率定需求;对HIMS水文模型进行异构移植,使整个水文模型以多线程的形式并发运行于协处理器端;以拉萨河流域为例,在Intel+Nvidia GPU与国产AI加速器的双异构平台部署模型与测试算例。测试结果表明,并发L-BFGS异构率定算法适用于当前主流的"处理器+协处理器"架构,并能够得到较好的率定效果。

摘要：地震勘探资料数据处理是地震勘探重要而不可缺少的组成部分,当前地震勘探资料数据处理具有处理的数据量大、处理过程多以及资料的重新处理,反复处理等典型特征。因传统的地震勘探资料处理系统中各个处理模块之间采用临时文件的方式来传递数据,这些特征反映到传统的地震勘探资料处理系统中将面临的一个核心问题:巨大的磁盘I/O访问量。这个磁盘I/O访问量不仅跟地震勘探数据的大小有关,而且跟处理流程中的处理模块数有关。为此,我们设计数据流软件flobus来减少地震勘探资料处理流程中对磁盘I/O的访问量。在采用数据流flobus的地震勘探资料数据处理系统中,处理流程中总的磁盘I/O访问量只跟输入数据大小有关,而跟处理流程中的处理模块数无关,从而大大减少了磁盘I/O的访问量。数据流软件flobus充分考虑到提供多模块处理复杂系统的数据流共享机制,其主要特征包括:1)提供多任务的数据流控制,实现数据驱动的并发机制;2)提供多模块的数据聚合机制;3)支持同一级别模块间的数据依赖关系;4)支持任务流中模块的动态加载。

摘要：本文介绍了二维／三维克希霍夫时间偏移计算在GPU集群上的MPI／CUDA混合编程实现。系统的主体结构基于经典的主从模式，采用MPI进程-pthread线程-CUDA线程三个层次的并行架构，以及CPU／GPU协同计算并行架构和策略来设计实现。每个计算节点由一个多核CPU和多个GPU设备组成。输入数据在主节点上载入，平均分配到从节点上，存储到相应的磁盘空间内，并根据各节点的可用资源将数据划分为多块。每个从节点分别接收主节点发送的数据并存储到本地磁盘上的临时文件内。根据检测到的可用GPU设备数，每个从节点上创建同样数目的线程来一对一控制各个GPU。各从节点上每个数据块再进一步划分为大小相等的块一一分配给各个线程，由每个线程逐道在CPU上预处理后传送到GPU上处理，道内的各成像点分别由各CUDA线程并行处理。每个数据块偏移由每个线程内的相关道累加计算而得，结果返回到主节点上累加后输出到磁盘文件内。在实现过程中，采用CPU／GPU协同计算以及线}生插值走时的方式来进一步提高性能。系统性能在一典型异构GPU集群上测试，每个节点由一个配置8GB内存的四核CPU，以及配置6GB显存的C1060型号的GPU组成。对于不同的规模和积分计算模式，在该平台上的测试结果表明，本文实现的系统的性能对于包含相同计算节点数、每个节点上4个线程并行计算的MPI版本，可以达到平均约5～10倍的加速。

摘要：本文结合大规模撕裂有限元方法和Newmark积分法,对结构动力学问题进行高精细的大规模并行求解.面向异构平台,设计了结点间和结点内的多级动静结合的负载均衡策略.在结点间,根据撕裂有限元方法划分子域边界特点,采用域边界平衡的图二分算法,均衡各个子域的计算量;在结点内,根据异构平台计算单元的性能差异,进行了计算负载的动态优化.针对核心计算模块批量矩阵向量乘进行多流并行优化,提升面向异构计算平台的利用率.本文优化已经集成到结构力学高性能数值模拟软件HARSA-feti中,实验采用真实反应堆核燃料组件的流致振动仿真作为算例,结果表明模拟性能提高了71.3%以上,首次实现了百亿网格规模的全堆芯燃料棒组件的高精细模拟,相较于1000块GPU,16000块GPU的强、弱可扩展并行效率分别达到74.1%和81.1%.