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地球系统模式新型高分辨率网格系统研制与应用
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作者 徐世明 陈春刚 +6 位作者 李兴良 李艺苑 Wright J S 夏坤 王諝 普业 《中国基础科学》 2017年第5期35-39,共5页
气候模式是全球变化研究的基本工具之一,网格系统是模式空间离散化的平台,其直接决定着模式的空间解析度,并与模式框架的数值算法紧密互动、影响其精度和计算效率.随着对分辨率和模拟精度需求的不断提升,传统的大气和海洋模式网格分别... 气候模式是全球变化研究的基本工具之一,网格系统是模式空间离散化的平台,其直接决定着模式的空间解析度,并与模式框架的数值算法紧密互动、影响其精度和计算效率.随着对分辨率和模拟精度需求的不断提升,传统的大气和海洋模式网格分别面临着提高稳定性、计算精度以及计算时效性等诸多挑战.基于国内外现状和前沿,针对下一代地球系统模式和气候系统模式的发展需求,设定了研制具有自主知识产权的新型网格系统的研究目标.针对大气模式高分辨率准均匀网格、嵌套网格和相关数值算法的设计,以解决传统经纬度网格的计算效率和稳定性问题为主要目标,通过高精度算法降低准均匀网格及加密网格的印记误差.针对海洋环流模式设计新型正交网格,利用共形映射构造理论这一数学领域的最新进展,缓解传统网格中计算负载不均衡、海洋陆缘区域分辨率受限等问题.进一步针对关键海气耦合区域开展大气海洋网格协同设计,并开展高分辨率下的高效并行化、支持动态负载均衡和网格加密等功能.开展新型网格在我国自主研发模式和国际典型主流模式中的模式集成和评估.通过算法开源和支撑性数据集的开放使用,以及典型分辨率下的样例网格,为高分辨率模式的构建提供有效支撑. 展开更多
关键词 地球系统模式 高分辨率模拟 网格系统准均匀网格 共形映射 网格局部加密 动态负载均衡
自适应结构网格并行应用支撑软件框架研究2011年度报告 预览
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作者 成娟 莫则尧 +2 位作者 徐小文 胡齐芽 《科技创新导报》 2016年第9期161-162,共2页
该年度该研究紧密围绕JASMIN框架对实际应用复杂化和多样化的功能发展和由数百上千处理器向数千至数万处理器核的性能发展需求,在数据结构、非规则数据通信算法、负载平衡算法、并行自适应网格方法、并行多重网格算法、特征值快速求解... 该年度该研究紧密围绕JASMIN框架对实际应用复杂化和多样化的功能发展和由数百上千处理器向数千至数万处理器核的性能发展需求,在数据结构、非规则数据通信算法、负载平衡算法、并行自适应网格方法、并行多重网格算法、特征值快速求解方法、高效并行算法与先进计算方法等方面,开展系统深入的研究,突破核心算法与关键技术,研究成果集成于JASMIN框架。 展开更多
关键词 JASMIN框架 并行算法 数据结构 负载平衡方法 快速算法 先进算法
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氧碘化学激光器数值模拟中的多块并行通信算法 预览
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作者 郭红 李艳 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1166-1172,共7页
为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于 JASMIN (J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法。该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困... 为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于 JASMIN (J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法。该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困难、氧碘化学激光器数值模拟填充物理边界复杂以及网格块内块间通信调度策略不统一等通信问题,实现了块间关系自动识别算法用以自动识别多块结构网格间通信关系,构造了特殊物理边界数据结构帮助实现物理边界的填充,并采用了统一的通信调度策略以降低通信时间。数值结果表明:该算法解决了氧碘化学激光器大规模数值模拟中的通信问题,并很好地模拟了氧碘化学激光器装置,使用简单,可以扩展到上千个处理器核。 展开更多
关键词 氧碘化学激光器 大规模计算 多块结构网格 并行通信算法 JASMIN
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求解大规模稀疏线性代数方程组序列的自适应AMG预条件策略
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作者 徐小文 莫则尧 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2016年第10期1411-1420,共10页
时间相关偏微分方程隐式离散后,通常需要求解一个稀疏线性代数方程组序列.利用序列中相邻方程组性质的差异性与相似性,自适应地选取预条件子,提升方程组序列的并行求解效率,从而缩短总体求解时间,是一个值得研究的问题.本文针对科学与... 时间相关偏微分方程隐式离散后,通常需要求解一个稀疏线性代数方程组序列.利用序列中相邻方程组性质的差异性与相似性,自适应地选取预条件子,提升方程组序列的并行求解效率,从而缩短总体求解时间,是一个值得研究的问题.本文针对科学与工程计算中广泛使用的代数多重网格(AMG)预条件子,设计了方程组序列相关的自适应预条件策略.通过惯性约束聚变(ICF)的辐射流体力学数值模拟典型应用,验证了该策略的有效性.测试结果表明,在某高性能计算机的3125个CPU核上,自适应预条件策略可将并行效率从47%提升到61%,将模拟总时间从19.7 h降为14.5 h. 展开更多
关键词 稀疏线性解法器 迭代方法 预条件子 代数多重网格算法(AMG) 并行计算
一种基于实测的自动负载建模算法 预览
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作者 刘旭 莫则尧 +2 位作者 曹小林 张爱清 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2015年第1期63-66,78共5页
负载平衡是影响大规模并行计算效率的一个关键因素,准确的负载建模是负载平衡的基础.提出了一种基于实测的自动负载建模算法.该算法无需用户提供信息,具有良好的理论保证以及近似线性的计算复杂度和完全的并行性.2400个进程上的分子动... 负载平衡是影响大规模并行计算效率的一个关键因素,准确的负载建模是负载平衡的基础.提出了一种基于实测的自动负载建模算法.该算法无需用户提供信息,具有良好的理论保证以及近似线性的计算复杂度和完全的并行性.2400个进程上的分子动力学模拟表明,该算法执行速度快,同时能够保证60%以上的负载平衡效率. 展开更多
关键词 并行计算 负载平衡 负载建模 粒子模拟 JASMIN框架
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激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序 预览 被引量:5
6
作者 宋鹏 翟传磊 +20 位作者 李双贵 勇珩 齐进 杭旭登 杨容 成娟 曾清红 胡晓燕 王帅 施意 郑无敌 古培俊 邹士阳 李欣 赵益清 张桦森 张爱清 李敬宏 裴文兵 朱少平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期54-60,共7页
介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验... 介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。 展开更多
关键词 激光惯性约束聚变 LARED集成程序 黑腔 内爆 点火靶
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基于网格片的氧碘化学激光器多块并行数值模拟 预览 被引量:1
7
作者 郭红 李艳 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期6-10,共5页
为实现氧碘化学激光器(COIL)喷管流场大规模数值模拟,采用VICON程序中的基本方程与数值算法,应用JASMIN框架中的基本数据结构——网格片,以及多块结构网格拼接并行算法,发展了三维多块COIL并行模拟程序。数值实验结果展示了该并... 为实现氧碘化学激光器(COIL)喷管流场大规模数值模拟,采用VICON程序中的基本方程与数值算法,应用JASMIN框架中的基本数据结构——网格片,以及多块结构网格拼接并行算法,发展了三维多块COIL并行模拟程序。数值实验结果展示了该并行模拟程序的正确性及可扩展性,并在2048个处理器核上模拟450万网格单元算例,加速比超过420。 展开更多
关键词 氧碘化学激光器 多块结构网格 并行数值模拟 JASMIN框架 网格片
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基于JASMIN的并行多层快速多极子方法研究
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作者 刘阳 周海京 +2 位作者 鲍献丰 刘旭 《微波学报》 CSCD 北大核心 2014年第S2期85-88,共4页
多层快速多极子方法(MLFMM)以其在计算复杂度和内存消耗上的优势被评为二十世纪科学与工程计算领域的十大算法之一,并已广泛应用于大规模电磁问题的计算。近年来,随着超电大规模工程问题模拟需求日益增长,多层快速多极子方法并行化的相... 多层快速多极子方法(MLFMM)以其在计算复杂度和内存消耗上的优势被评为二十世纪科学与工程计算领域的十大算法之一,并已广泛应用于大规模电磁问题的计算。近年来,随着超电大规模工程问题模拟需求日益增长,多层快速多极子方法并行化的相关研究成为计算电磁学领域的一个热点课题。基于并行自适应结构网格应用支撑软件框架(JASMIN),设计并开发了用于电大金属目标电磁散射特性分析的多层快速多极子方法并行化程序JEMS-MLFMM。数值模拟表明了程序的正确性和有效性。 展开更多
关键词 多层快速多极子方法 并行化 表面积分方程 JASMIN
JASMIN框架中联邦并行计算及其在多物理耦合中的应用 预览 被引量:4
9
作者 张爱清 莫则尧 +2 位作者 曹小林 郭红 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2013年第1期15-23,共9页
多物理耦合是一类普遍的复杂应用问题。并行计算时,在充分考虑各个物理过程的基础上,还需要在不同物理过程之间建立数据依赖关系并交换物理量值。这无论对并行算法设计,还是对并行编程实现来说,均具有较大的难度。JASMIN框架提供联... 多物理耦合是一类普遍的复杂应用问题。并行计算时,在充分考虑各个物理过程的基础上,还需要在不同物理过程之间建立数据依赖关系并交换物理量值。这无论对并行算法设计,还是对并行编程实现来说,均具有较大的难度。JASMIN框架提供联邦计算功能,很好地封装和实现了单层结构网格上的多物理耦合并行计算。该功能实际应用于激光聚变和地球系统模式等领域,支撑研发了多个应用程序,可以有效使用成千上万个处理器核进行数值模拟。 展开更多
关键词 多物理 并行计算 JASMIN框架
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预处理JFNK方法求解非平衡辐射扩散方程组(英文) 预览
10
作者 冯涛 蔚喜军 +1 位作者 张荣培 《计算物理》 CSCD 北大核心 2013年第4期483-490,共8页
分别采用四种半隐式离散方法构造预处理.针对一维辐射扩散方程组,采用预处理的Jacobian-free Newton-Krylov(PJFNK)求解.数值结果表明预处理方法能够很好地改进JFNK方法的收敛行为.
关键词 非平衡辐射扩散 Newton-Krylov方法 线性化 预处理
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Lax-Wendroff时间离散的自适应间断有限元方法求解三维可压缩欧拉方程 预览
11
作者 冯涛 蔚喜军 +3 位作者 崔霞 吴迪 李珍珍 《计算物理》 CSCD 北大核心 2013年第6期791-798,共8页
应用自适应LWDG方法求解三维双曲守恒律方程组,与传统的二阶RKDG方法相比,该方法具有计算量小和精度高的特点.给出一种自适应策略,其中均衡折中策略适用于非相容四面体网格.将二维情形下的后验误差指示子推广到三维双曲守恒律方程组中,... 应用自适应LWDG方法求解三维双曲守恒律方程组,与传统的二阶RKDG方法相比,该方法具有计算量小和精度高的特点.给出一种自适应策略,其中均衡折中策略适用于非相容四面体网格.将二维情形下的后验误差指示子推广到三维双曲守恒律方程组中,数值实验证明了方法的有效性. 展开更多
关键词 双曲守恒律方程 Lax-Wendroff间断有限元方法 自适应方法
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自适应结构网格上扩散方程隐式时间积分算法及其应用 预览 被引量:2
12
作者 徐小文 莫则尧 +1 位作者 刘青凯 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期684-692,共9页
提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表... 提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表明,相对于一致加密情形,本文算法能够在保持相同计算精度的前提下,大幅度降低网格规模和计算量,且具有低复杂度.将算法应用于辐射流体力学数值模拟中非线性扩散方程组求解,相对于一致加密网格,SAMR计算将计算量下降一个量级以上,计算效率提高33.2倍. 展开更多
关键词 局部网格加密(AMR) 自适应计算 隐式时间积分 辐射流体力学 JASMIN
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JFNK方法迭代过程与物理约束 预览
13
作者 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期654-660,共7页
对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算... 对Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法迭代过程进行分析,通过在迭代过程中吸收物理约束信息,对JFNK方法进行改进.改进后的JFNK方法迭代过程中的迭代序列总是满足物理约束,克服了迭代过程中可能出现的非物理现象.采用改进之后的算法求解二维三温能量方程,可以保证在迭代过程中不会出现负温度问题,使JFNK方法的健壮性得到提高. 展开更多
关键词 JFNK Newton-Krylov方法 迭代方法 物理约束 二维三温能量方程
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求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 预览 被引量:2
14
作者 徐小文 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期 1-8,共8页
在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关... 在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(AMG) 预条件子 Newton-Krylov(NK)
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二维三温热传导方程求解中的非线性迭代初值选取 预览
15
作者 莫则尧 徐小文 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期 127-133,共7页
由于二维三温热传导方程具有很强的非线性特性,因此采用全隐格式对该方程离散后,所得非线性代数方程组的求解将变得非常困难.针对二维三温热传导方程离散所得非线性代数方程组的迭代求解,提出了一种有效的选取初值的方法.对两种不... 由于二维三温热传导方程具有很强的非线性特性,因此采用全隐格式对该方程离散后,所得非线性代数方程组的求解将变得非常困难.针对二维三温热传导方程离散所得非线性代数方程组的迭代求解,提出了一种有效的选取初值的方法.对两种不同性质的介质进行数值实验,结果表明,所设计的初值选取方法不仅大大提高了计算效率,而且能够降低非线性解法器对时间步长的影响. 展开更多
关键词 三温热传导方程 非线性方程组 非精确Newton法 迭代初值
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NGLM:一类全局收敛的Newton-GMRES方法 被引量:9
16
作者 白中治 《计算数学》 CSCD 北大核心 2005年第2期151-174,共24页
本文提出了一类具有全局收敛性质的Newton-GMRES方法-NGLM方法.该方法是对经典Newton-GMRES方法的推广.NGLM方法的全局策略是当在非精确Newton方向上后退不能成功时,转而在一个子空间上运用信赖域方法确定迭代步长.理论分析与数值实验... 本文提出了一类具有全局收敛性质的Newton-GMRES方法-NGLM方法.该方法是对经典Newton-GMRES方法的推广.NGLM方法的全局策略是当在非精确Newton方向上后退不能成功时,转而在一个子空间上运用信赖域方法确定迭代步长.理论分析与数值实验均表明,NGLM方法改善了Newton-GMRES方法的强健性. 展开更多
关键词 GMRES方法 全局收敛 NEWTON LM方法 信赖域方法 收敛性质 数值实验 非精确 子空间 强健性 迭代
关于Newton-GMRES方法的有效变型与全局收敛性研究 被引量:5
17
作者 白中治 《数值计算与计算机应用》 CSCD 2005年第4期291-300,共10页
Newton-GMRES方法是求解大规模稀疏非线性方程组的有效方法之一.由Newton-GMRES方法可以得到具有全局收敛性质的Newton-GMRES后退(NGB)方法.我们就如何提高NGB方法的强健性问题进行了深入探讨,提出了两种改进NGB方法的全局策略,并由此... Newton-GMRES方法是求解大规模稀疏非线性方程组的有效方法之一.由Newton-GMRES方法可以得到具有全局收敛性质的Newton-GMRES后退(NGB)方法.我们就如何提高NGB方法的强健性问题进行了深入探讨,提出了两种改进NGB方法的全局策略,并由此相应地得到了两种更为强健且具全局收敛性质的Newton-GMRES方法. 展开更多
关键词 非线性方程组 不精确NEWTON法 广义极小残量(GMRES)法 全局收敛性.
关于多元非线性方程的Broyden方法 被引量:6
18
作者 白中治 《计算数学》 CSCD 北大核心 2004年第4期385-400,共16页
本文提出了求解多元非线性方程的Broyden方法,讨论了该方法的局部与半局部收敛性,并估计了其超线性收敛速度.数值实验表明,新方法是可行有效的,并且其计算效率高于方向Newton法和方向割线法.
关键词 非线性方程 局部收敛性 超线性收敛 NEWTON法 割线法 数值实验 求解 新方法 估计 方向
Bergman空间上的斜Toeplitz算子 被引量:3
19
作者 蹇人宜 《数学学报》 SCIE CSCD 北大核心 2004年第1期103-110,共8页
本文讨论了Bergman空间上斜Toeplitz算子的若干性质,证明了:如果线性算子S在每个L^pα(1<P<∞)上都是有界的,则S为L^2α上紧算子的充要条件是S的Berezin变换S^~(z)满足S^~(z)→(z→DD),利用我们的主要结果还可以证明,如果S是... 本文讨论了Bergman空间上斜Toeplitz算子的若干性质,证明了:如果线性算子S在每个L^pα(1<P<∞)上都是有界的,则S为L^2α上紧算子的充要条件是S的Berezin变换S^~(z)满足S^~(z)→(z→DD),利用我们的主要结果还可以证明,如果S是Toeplitz算子或斜Toeplitz算子有限乘积的有限和,则S为紧算子的充要条件是S(z)→0(Z→DD)。 展开更多
关键词 BEREZIN变换 BERGMAN空间 TOEPLITZ算子
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