摘要：复杂物理现象通常由多类复杂的物理过程紧耦合构成 ,其数值模拟也通常由适用不同物理过程的多类并行应用程序紧耦合完成 .如何设计这些物理过程之间的联接算法 ,既要保证程序之间数据传递的高效 ,又要保证程序各自运行和总体模拟的高效 ,还要保证程序各自开发的独立 ,是一个值得研究的课题 .该文基于广泛应用于高温高压多物理研究中的辐射流体力学和中子输运多物理并行数值模拟 ,在非结构网格上 ,提出了两种联接算法 :完全松散联接算法和两层紧耦合联接算法 ,前者侧重于实现程序各自运行的高效和开发的独立 ,后者在前者的基础上 ,还权衡了数据传递和总体模拟的高效 .在两台并行机的数百个处理机上 ,通信复杂度分析和数值实验结果表明两个算法均是有效的 ,可推广适用于辐射或中子输运与其他流体力学的多物理并行数值模拟应用中 .特别地 ,两层紧耦合联接算法是高效可扩展的 ,取得了近似最优的并行性能 .

摘要：对当今求解大型稀疏线性代数方程组最有效的迭代方法之一——代数多重网格(AMG)算法的并行计算进行可扩展性能分析.给出一套并行计算可扩展性能分析方法,用于分析和指导并行迭代算法及实现技术的设计与优化并应用于并行AMG算法.分析表明,网格算子的平均模式大小和迭代过程的算法效率分别制约了AMG算法启动阶段和迭代求解阶段并行性能的发挥,成为该类算法急需解决的两个关键问题.

摘要：针对传统短距离作用势中链表存储数据结构所导致的非规则数据访问问题,提出了块-单元紧凑存储数据结构的解决方法.设计并实现了一个集成以上数据结构、基于实测的高维动态负载平衡方法的短距离作用势分子动力学并行软件.该软件已应用于高温高压微喷射模拟和液晶相模拟两个领域,可以在几百个处理机上模拟包含1×106～1×108个粒子的二维和三维问题,其中程序的并行效率在80%以上.与传统存储数据结构方法相比,本方法提高执行性能5%,其性能约为所用处理机峰值性能的15%以上.

摘要：在基于有向图的并行计算中,给定图剖分后,如何设计结点调度方案使得并行执行时间最短,是典型的NP完全问题.针对此问题,文中提出一种新的基于顺逆交替迭代技术的启发式调度算法,并给出该算法的并行实现.严格的理论推导证明,新算法在一定的假设条件下,从任何初始调度方案出发,均可以单调收敛.在数百个处理器上的并行数值实验表明,与常用的调度算法相比,新算法可在付出很少的开销代价下显著提高整体并行效率.

摘要：数据驱动并行计算是科学与工程计算中普遍存在的一类计算,其执行通常依赖于数据流有向图.在实际应用中,结点调度、数据通信和数值计算紧耦合并发执行,较难解耦编程,这给应用软件的协同研制和代码复用带来困难.借助于统一形式的数据流有向图并行算法框架,分无环有向图调度、无环有向图建模和数值计算3个层次,设计了软件体系结构,实现于并行自适应结构网格应用支撑软件(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure,JASMIN)框架的通量扫描积分构件中,有力地支持了结点调度、数据通信和数值计算的解耦编程.研究成果成功应用于科学计算中典型的中子输运计算,典型的代码开销测试和2 048个处理器核的并行性能测试表明,软件架构及其构件化实现是有效的.

摘要：当前工作站网络环境（ＮＯＷｓ）下高性能科学与工程计算是并行计算的一个热门话题．本文借助于ＬｏｇＰ并行计算模型，提出了一套新的效率评价准则，用于优化并行算法效率以达到最佳实现效果，揭示了影响算法并行效率发挥的关键因素，并从算法和程序设计角度提出了相应措施，探讨了急需解决的几个关键性问题．三个典型应用问题的数值实验结果也在文中给出．

摘要：笼状骨架赋予含能分子额外的应变能和结构稳定性,有望优化含能材料高能量密度和低感度之间的问题。但笼状含能晶体在冲击波刺激下的化学反应机理尚不清晰,亟需从笼状骨架调控、单分子分解、晶体集体响应3个层次开展系统研究。为此,研究以具有平面分子结构的三氨基三硝基苯(TATB)作为参考体系,对比了具有笼状结构的八硝基立方烷(ONC)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)体系,开展了ONC、CL-20、TEX晶体结构在8~11 km∙s^(-1)冲击波作用下的演化并进行了从头算分子动力学模拟。模拟结果表明,含能晶体的冲击感度排序为ONC>CL-20>TEX>TATB,通过与冲击波/撞击感度的文献试验数据对比进行了验证。反应机理表明:(i)异伍兹烷骨架中的富电子氧/氮促进了离域效应,适中的空间自由度赋予其弹性变形能力,加强了笼状骨架的结构稳定性,延缓了冲击反应进程;(ii)基于异伍兹烷的笼状分子分解时,硝基的脱落先于笼状分子的坍塌发生,游离的硝基与其他中间产物的排斥作用阻碍了分子间的团聚,进一步延缓了反应进程;(iii)分子间氢键在冲击压缩时发生高塑性变形,将冲击波能量转化为分子间排斥势而储能,从而提升材料吸收冲击波能量的阈值,延迟反应发生时间,降低冲击感度。研究提出,电子离域效应增强,空间自由度适中的异构笼状骨架及丰富的分子间氢键均有望降低冲击波感度,为新型高能钝感含能材料的设计提供理论参考。

摘要：针对经典分子动力学和PIC方法等粒子类模拟方法具有粒子动态移动、粒子计算局部性好等共性,首先,提出了粒子量数据片对象.该对象是单网格片上的一团粒子,其中网格片是包含多个网格单元的矩形区域.然后,设计了并行算法,包括对象之间的粒子迁移和数据交换以及动态负载平衡.最后,在JASMIN框架上具体实现,进而开发了并行经典分子动力学程序和并行PIC程序.在64个处理器上实测表明,并行PIC程序模拟包含3百万个网格、2千万个粒子的复杂物理模型时,获得了80%的并行效率.

摘要：为实现核反应堆pin-by-pin精细Monte Carlo粒子输运模拟,研发了组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN以支撑千万个几何体、百亿个粒子的Monte Carlo粒子输运大规模并行计算。JCOGIN框架采用层次式、模块化的体系结构设计了适应现代高性能计算机体系结构特征的数据结构,在此基础上实现了对粒子并行与区域分解相耦合的两级并行计算的支撑。在JCOGIN框架下研发了JMCT程序,并进行性能测试,在2万个处理器核上并行效率达70%;基于区域分解完成了大亚湾全堆芯pin-by-pin模型模拟,几何体数达千万,粒子数达百亿。

摘要：基于消息传递 ,通过设计并行算法和组织网格划分 ,实现了二维三温流体力学La grange数值模拟串行程序 (Lared Ⅰ )的并行化。结合物理问题特性和程序的执行特征 ,设计了动态负载平衡方法 ,进一步提高并行计算性能。并给出两个并行计算环境上的数值实验结果。