基于GPU的大規(guī)模顆粒并行計(jì)算與優(yōu)化.pdf

1、離散元方法作為科學(xué)計(jì)算的一種，主要用于計(jì)算大規(guī)模顆粒在特定力學(xué)模型中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前離散元仿真計(jì)算被廣泛用于研究和分析流動(dòng)顆粒系統(tǒng)中的不同形態(tài)的顆粒間的相互作用。但是傳統(tǒng)計(jì)算設(shè)備的計(jì)算能力具有局限性，致使離散元仿真對(duì)于大規(guī)模顆粒的仿真計(jì)算無法達(dá)到理想的效果。GPU作為目前高性能計(jì)算的加速設(shè)備，被越來越多地用于科學(xué)計(jì)算之中。離散元仿真計(jì)算中計(jì)算數(shù)據(jù)規(guī)模較大，不同形態(tài)離散顆粒模型的數(shù)據(jù)信息各不相同。利用GPU的并行處理能力提高大規(guī)模離散元仿

2、真的計(jì)算效率是當(dāng)前最為有效的加速方法。
　　本文提出三種優(yōu)化方法針對(duì)基于GPU離散元仿真計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。首先將stencil計(jì)算模型應(yīng)用于球體離散顆?？臻g接觸受力的計(jì)算。第二是通過使用GPU的共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)顆粒受力計(jì)算中力學(xué)參數(shù)的預(yù)取，并借助共享內(nèi)存提升了核心顆粒受力合成的計(jì)算效率。最后通過改變線程塊與線程網(wǎng)格結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了并行粒度的調(diào)整。通過在Tesla C2050與Tesla K40這兩款GPU上進(jìn)行多組優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)GP

3、U架構(gòu)差異對(duì)并行計(jì)算的影響進(jìn)行了分析。根據(jù)球體離散元仿真優(yōu)化的成果，針對(duì)復(fù)雜形態(tài)的擴(kuò)展多面體模型，搭建了基于GPU的擴(kuò)展多面體仿真框架。使用不同規(guī)模的擴(kuò)展多面體顆粒數(shù)據(jù)對(duì)基于GPU的擴(kuò)展多面體離散元仿真框架進(jìn)行了加速實(shí)驗(yàn)，結(jié)合兩種不同架構(gòu)GPU的實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)與分析了仿真框架的加速能力。在離散元方法計(jì)算流程的基礎(chǔ)上，從用戶角度出發(fā)使用Qt跨平臺(tái)開發(fā)工具開發(fā)設(shè)計(jì)了基于GPU的擴(kuò)展多面體離散元仿真框架的用戶界面?；贕PU的球體離散元仿真計(jì)算