Реализация параллельных вычислений на графических процессорах в пакете вычислительной газовой динамики ЛОГОС

Авторы

  • К.Н. Волков
  • В.Н. Емельянов
  • П.Г. Смирнов
  • И.В. Тетерина
  • А.С. Козелков
  • Ю.Н. Дерюгин
  • А.Г. Карпенко

Ключевые слова:

графический процессор
параллельный алгоритм
газовая динамика
метод конечных объемов
неструктурированная сетка
технология CUDA
пакет ЛОГОС

Аннотация

Разработаны средства численного моделирования трехмерных течений вязкого сжимаемого газа с использованием графических процессоров. Для дискретизации уравнений Навье–Стокса используется метод конечных объемов на неструктурированной сетке, реализованный в рамках пакета ЛОГОС. Рассматриваются различные подходы к расчету потоков через грани контрольных объемов, а также особенности реализации модели турбулентности. Для программной реализации параллельных вычислительных алгоритмов применяется технология CUDA. Обсуждается решение ряда тестовых задач внутренней и внешней газовой динамики. Сравнивается ускорение счета на графических процессорах по отношению к расчетам на центральном процессоре.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2013-08-29

Выпуск

Том 14 (2013): Выпуск 3.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

К.Н. Волков

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• ведущий научный сотрудник

В.Н. Емельянов

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• профессор

П.Г. Смирнов

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• аспирант

И.В. Тетерина

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• доцент

А.С. Козелков

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
пр. Мира, 37, 607188, Саров
• руководитель отдела

Ю.Н. Дерюгин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
пр. Мира, 37, 607188, Саров
• руководитель отдела

А.Г. Карпенко

Санкт-Петербургский государственный университет,
математико-механический факультет
Университетский проспект, 28, 198504, Старый Петергоф, Санкт-Петербург
• аспирант

Библиографические ссылки

  1. Исаев С.А., Судаков А.Г., Баранов П.А., Усачов А.Е., Стрижак С.В., Лоханский Я.К., Гувернюк С.В. Разработка, верификация и применение основанного на многоблочных вычислительных технологиях распараллеленного пакета открытого типа VP2/3 для решения фундаментальных, прикладных и эксплуатационных задач аэромеханики и теплофизики // Вестник ЮУрГУ. Математическое моделирование и программирование. 2009. № 17. Вып. 3. 59-72.
  2. Смирнов Е.М., Зайцев Д.К. Метод конечных объемов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2004. № 2. 70-81.
  3. Абалакин И.В., Бахвалов П.А., Горобец А.В., Дубень А.П., Козубская Т.К. Параллельный программный комплекс NOISETTE для крупномасштабных расчетов задач аэродинамики и аэроакустики // Вычислительные методы и программирование. 2012. 13, № 2. 222-237.
  4. Козелков А.С., Дерюгин Ю.Н., Зеленский Д.К., Глазунов В.А., Голубев А.А., Денисова О.В., Лашкин С.В., Жучков Р.Н., Тарасова Н.В., Сизова М.А. Многофункциональный пакет программ ЛОГОС для расчета задач гидродинамики и тепломассопереноса на суперЭВМ. Базовые технологии и алгоритмы // Сборник трудов XII Международного семинара «Супервычисления и математическое моделирование». 11-15 октября 2010. Саров, Россия. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. 215-230.
  5. Brandvik T., Pullan G. An accelerated 3D Navier-Stokes solver for flows in turbomachines // ASME Paper. 2009. N. GT2009-60052.
  6. Corrigan A., Camelli F., LHohner R., Wallin J. Running unstructured grid-based CFD solvers on modern graphics hardware // AIAA Paper. 2009. N. 2009-4001.
  7. Corrigan A., Camelli F., LHohner R., Mut F. Semi-automatic porting of a large-scale Fortran CFD code to GPUs // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2012. 69, N 2. 314-331.
  8. Kampolis I.C., Trompoukis X.S., Asouti V.G., Giannakoglou K.C. CFD-based analysis and two-level aerodynamic optimization on graphics processing units // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2010. 199, N 9-12. 712-722.
  9. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г., Курова И.В., Серов А.Е., Смирнов П.Г. Численное решение задач гидродинамики на графических процессорах общего назначения // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14, № 1. 59-67.
  10. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г., Смирнов П.Г., Тетерина И.В. Реализация метода конечных объемов и расчет течений вязкого сжимаемого газа на графических процессорах // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14, № 1. 160-171.
  11. Mavriplis D.J. Unstructured mesh discretizations and solvers for computational aerodynamics // AIAA Paper. 2007. N. 2007-3955.
  12. Волков К.Н. Дискретизация уравнений Навье-Стокса на неструктурированной сетке при помощи метода контрольного объема и разностных схем повышенной разрешающей способности // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2008. 48, № 7. 1250-1273.
  13. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008.
  14. Liu C.H., Li Y. Turbulence modeling for computing viscous high-Reynolds-number flows on unstructured meshes // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2001. 190, N 40. 5325-5339.
  15. Горобец А.В., Суков С.А., Железняков А.О., Богданов П.Б., Четверушкин Б.Н. Применение GPU в рамках гибридного двухуровневого распараллеливания MPI+OpenMP на гетерогенных вычислительных системах // Параллельные вычислительные технологии. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. 452-460.