水利科學(xué)高性能并行計(jì)算平臺構(gòu)建.pdf

1、中國有著世界頂級的大型水利水電工程，例如三峽大壩、小浪底水利樞紐、南水北調(diào)工程。隨著水利工程規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜力學(xué)問題求解分析的深入，其科學(xué)計(jì)算的“瓶頸”日趨嚴(yán)重。即使簡化了模型的算法，一次計(jì)算仍然需要幾小時、幾天乃至數(shù)十天的時間，嚴(yán)重制約了水利學(xué)科的發(fā)展，工程師和科學(xué)家的許多理論和設(shè)想都因?yàn)橛?jì)算能力的限制而無法得到實(shí)現(xiàn)。因此急需采用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立高性能并行計(jì)算基礎(chǔ)平臺，為水利學(xué)科的研究提供技術(shù)支撐。 本文在詳細(xì)調(diào)研了國內(nèi)外大

2、型高性能并行計(jì)算平臺構(gòu)建方案、軟件環(huán)境配置、并行環(huán)境搭建以及硬軟件計(jì)算能力資源管理等基礎(chǔ)上，結(jié)合水利部“948”引進(jìn)項(xiàng)目“水利科學(xué)計(jì)算與仿真分析大型服務(wù)器系統(tǒng)”，構(gòu)建了以Sun Fire 6800服務(wù)器為核心的高性能并行計(jì)算硬件和軟件平臺，并對系統(tǒng)的浮點(diǎn)性能和MPI通信性能進(jìn)行了基準(zhǔn)測試。同時本文還在該計(jì)算平臺上進(jìn)行了有關(guān)基于消息傳遞模式的并行程序開發(fā)研究，利用MPI和Fortran95編寫了基于Cannon算法的矩陣相乘并行程序，程序

3、運(yùn)行結(jié)果表明采用并行程序求解矩陣相乘問題可以大幅度減少計(jì)算時間，提高計(jì)算效率。最后，針對混凝土靜動力學(xué)分析的數(shù)值模擬程序，從多個方面考慮了其中的并行算法設(shè)計(jì)，并在Sun Fire6800上對采用了71013個網(wǎng)格點(diǎn)和78800個有限單元的問題進(jìn)行數(shù)值模擬，原串行程序需要約15天，而該并行程序只需2小時零2分鐘，并行算法的開發(fā)對加速混凝土材料的研究具有重大的意義。 目前，在水利水電行業(yè)高性能并行計(jì)算技術(shù)應(yīng)用不是很多，希望本文的研究