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并行任务图的优化调度算法 预览
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作者 李于锋 +1 位作者 肖永浩 熊敏 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2019年第6期955-962,共8页
科学与工程计算中的很多复杂应用问题需要使用科学工作流技术,超算领域中的科学工作流常以并行任务图建模,并行任务图的有效调度对应用的高效执行有重要意义。给出了资源限制条件下并行任务图的调度模型;针对Fork-Join类并行任务图给出... 科学与工程计算中的很多复杂应用问题需要使用科学工作流技术,超算领域中的科学工作流常以并行任务图建模,并行任务图的有效调度对应用的高效执行有重要意义。给出了资源限制条件下并行任务图的调度模型;针对Fork-Join类并行任务图给出了若干最优化调度结论;针对一般并行任务图提出了一种新的调度算法,该算法考虑了数据通信开销对资源分配和调度性能的影响,并对已有的CPA算法在特定情况下进行了改进。通过实验与常用的CPR和CPA算法做比较,验证了提出的新算法能够获得很好的调度效果。本文提出的调度算法和得到的最优调度结论对工作流应用系统的高性能调度功能开发具有借鉴意义。 展开更多
关键词 并行任务图 调度算法 优化调度
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超算环境科学工作流应用平台的引擎设计和资源调度 预览 被引量:3
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作者 李于锋 +2 位作者 肖永浩 赵士操 段博文 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期1723-1726,1736共5页
围绕超算资源的易用性和多类软件的集成以及协作需求,开发了超算环境下的科学工作流应用平台,设计了异步并发的流程执行引擎,采取调度算法和调度器、引擎相分离的设计策略,给出了资源调度方案。提出了局部资源池化技术和资源预约算法,... 围绕超算资源的易用性和多类软件的集成以及协作需求,开发了超算环境下的科学工作流应用平台,设计了异步并发的流程执行引擎,采取调度算法和调度器、引擎相分离的设计策略,给出了资源调度方案。提出了局部资源池化技术和资源预约算法,并比较分析了五种常用调度算法的性能,给出了算法选择的建议。实际应用表明设计的引擎能够支撑复杂工作流的灵活执行方式,给出的资源调度方案能够满足超算环境下工作流应用的高效执行。 展开更多
关键词 科学工作流 高性能计算 资源调度 工作流引擎
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面向科学计算可视化的两级并行数据读取加速方法 预览 被引量:3
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作者 石刘 肖丽 +1 位作者 曹立强 《计算机研究与发展》 CSCD 北大核心 2017年第4期844-854,共11页
为了匹配超级计算机的整体计算能力,超级计算机存储子系统通常具有良好的I/O性能可扩展性,表现为:应用获得存储子系统最佳性能时的1/0访问并发度,与超级计算机系统总计算核数(可达数万至数百万)通常处于同一数量级.然而,科学计... 为了匹配超级计算机的整体计算能力,超级计算机存储子系统通常具有良好的I/O性能可扩展性,表现为:应用获得存储子系统最佳性能时的1/0访问并发度,与超级计算机系统总计算核数(可达数万至数百万)通常处于同一数量级.然而,科学计算可视化应用通常使用的进程数(等于I/O访问并发度)相对较小(经验上常设为计算进程数的1%,典型值为数个至数百个),因此无法充分发挥超级计算机存储子系统的最佳I/O性能.提出了一种面向科学计算可视化的两级并行数据读取加速方法,在可视化进程内部引入多线程并行数据读取,通过进程间和进程内两级并行,增加超级计算机存储子系统的I/O访问并发度,提升可视化应用数据读取速率.测试结果表明:在不同的可视化进程规模下,两级并行比单级并行峰值数据读取速率提高33.5%-269.5%,均值数据读取速率提高26.6%-232.2%;随着科学计算应用种类以及应用规模的变化,两级并行数据读取可使可视化应用整体峰值运行速度加速19.5%-225.7%,均值运行速度加速15.8%-197.6%. 展开更多
关键词 两级并行数据读取 科学计算可视化 数据访问模式 存储子系统 I/O性能特征
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基于J-Earth领域编程框架的高效并行大气环流模式(H-GAMIL)构建 预览
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作者 普业 张爱清 +2 位作者 郭红 王斌 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2017年第1期71-79,共9页
高性能并行计算,一直是气候系统模式研究中的重要科学前沿。然而,随着计算机技术的发展,计算机体系结构越来越复杂,以及气候系统模式本身的复杂性使得开发高性能气候系统模式成为一个难题。采用了一种全新的并行程序设计方法:基于针对... 高性能并行计算,一直是气候系统模式研究中的重要科学前沿。然而,随着计算机技术的发展,计算机体系结构越来越复杂,以及气候系统模式本身的复杂性使得开发高性能气候系统模式成为一个难题。采用了一种全新的并行程序设计方法:基于针对气象科学中的计算特点发展出的领域编程框架J-Earth,构建了高性能并行大气环流模式H-GAMIL。在对原模式GAMIL分析和解构以后,结合J-Earth的特点,采用面相对象的编程方式,对H-GAMIL进行重构。重构后的H-GAMIL具有现代软件标准化模块化的特点,并具有自动二维剖分、MPI(Message Passing Interface)和Open MP(Open Multi-Processing)混合并行实现、并行输出等新功能。解决了原模式一维剖分受到处理器限制,串行IO等问题。在此基础上,本文对H-GAMIL进行了并行效率测试,结果显示,模式水平分辨率为1°(纬度)×1°(经度)时,可使用上千处理器核,并行效率达40%以上且负载平衡达70%。测试结果表明了H-GAMIL具有较好的并行效率和可扩展性;同时对H-GAMIL模拟性能进行对比分析,其结果表明H-GAMIL保持了原模式的守恒性,并且具有与原模式相当的模拟性能,能够满足气候研究的计算需求,达到实用程度。 展开更多
关键词 大气环流模式 高性能并行计算 J-Earth领域编程框架
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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 +2 位作者 徐小文 安恒斌 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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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 安恒斌 《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
并行算法与并行编程:从个性、共性到软件复用 被引量:2
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作者 张爱清 +1 位作者 刘青凯 曹小林 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2016年第10期1392-1410,共19页
面向高性能数值模拟,并行算法设计与并行编程实现是领域专家在超级计算机上研制应用软件的重要环节.近十多年来,随着超级计算机性能的持续提升,应用问题的求解日趋复杂,如何发展并行算法与并行编程,并在应用软件之间实现复用,支持应用... 面向高性能数值模拟,并行算法设计与并行编程实现是领域专家在超级计算机上研制应用软件的重要环节.近十多年来,随着超级计算机性能的持续提升,应用问题的求解日趋复杂,如何发展并行算法与并行编程,并在应用软件之间实现复用,支持应用软件高效使用并同步研发超级计算机,是高性能计算的重要研究内容.本文结合作者的实践,阐述并行算法与并行编程研究从个性到共性、再到软件复用的必要性和关键技术.本文对高性能数值模拟应用软件的研发以及高性能计算的应用研究具有参考价值. 展开更多
关键词 数值模拟 并行算法 并行编程 应用软件 软件复用
科学计算双路并行I/O优化方法 预览 被引量:1
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作者 曹立强 +2 位作者 沈卫超 夏芳 陈军 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1035-1043,共9页
科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一... 科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/O方法可提高写性能8%~13%,提高读性能89%到1.01倍. 展开更多
关键词 并行I/O 高层I/O库 性能优化 数据格式 双路并行I/O
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高性能数值模拟编程框架研究进展 被引量:3
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作者 《科研信息化技术与应用》 2015年第4期11-19,共9页
本文简要介绍高性能数值模拟编程框架的作用和目的,阐述编程框架的研发和应用现状。希望本文对数值模拟超级并行应用软件的研发和其他相关领域编程框架的研制具有借鉴意义。
关键词 数值模拟 高性能计算 编程框架 超级并行应用软件
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 +2 位作者 安恒斌 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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数值模拟领域并行编程模型的要素与实例研究 被引量:2
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作者 张爱清 +1 位作者 刘青凯 曹小林 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2015年第3期385-397,共13页
本文面向高性能数值模拟,分析了通用并行编程模型的薄弱环节,凝练形成了通用并行编程模型栈.在此基础上,提出领域并行编程模型,讨论了模型的数据结构、计算模式、构件模型、编程框架等构成要素和要素间的内在关联,并以JASMIN(J’s Adap... 本文面向高性能数值模拟,分析了通用并行编程模型的薄弱环节,凝练形成了通用并行编程模型栈.在此基础上,提出领域并行编程模型,讨论了模型的数据结构、计算模式、构件模型、编程框架等构成要素和要素间的内在关联,并以JASMIN(J’s Adaptive Structured Mesh application INfrastructure)框架为例,验证了模型的技术可行性和有效性.领域并行编程模型将显著提升高效并行应用软件的研发效率,具有重要意义. 展开更多
关键词 数值模拟 应用软件 领域并行编程模型 并行计算模型 JASMIN框架
数据驱动并行计算的3层软件架构设计及应用 预览 被引量:2
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作者 张爱清 杨章 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2014年第11期2538-2546,共9页
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... 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. 展开更多
关键词 数据驱动 并行计算 无环有向图 JASMIN框架 软件体系结构 解耦
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计算电磁学及其在复杂电磁环境数值模拟中的应用和发展趋势 预览 被引量:6
13
作者 周海京 刘阳 +4 位作者 李瀚宇 董烨 廖成 董志伟 《计算物理》 CSCD 北大核心 2014年第4期379-389,共11页
概述计算电磁学的发展历程及其数值方法,并从学术研究、商业软件以及专用软件三个层次论述国内外研究的最新进展.结合复杂电磁环境的应用介绍复杂电磁环境数值模拟平台的研究现状,最后提出未来发展趋势的几点设想.
关键词 计算电磁学 复杂电磁环境 高性能计算
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迭代方法中基于渐近规模的通信与计算比分析 预览 被引量:3
14
作者 徐小文 武林平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期782-789,共8页
迭代方法是科学计算中求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的方法.大量实际应用表明,迭代方法通常具有较高的通信与计算比,只有在粗粒度并行下才能取得较好的并行可扩展性能.而实际应用大规模计算的需求和当前多核/众核体系结构的发展... 迭代方法是科学计算中求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的方法.大量实际应用表明,迭代方法通常具有较高的通信与计算比,只有在粗粒度并行下才能取得较好的并行可扩展性能.而实际应用大规模计算的需求和当前多核/众核体系结构的发展趋势要求迭代方法具备细粒度并行可扩展能力.文中引入渐近规模,即满足加速条件的计算规模下界,来反映并行迭代方法适应细粒度并行的能力,并由此刻画通信与计算比.基于矩阵的稀疏模式及其通信模式、机器的通信参数和迭代方法的基本运算,给出了渐近规模的理论预测公式.在一台包含128个双路4核计算节点的并行机上,分别基于纯进程并行(MPI)和进程/线程混合并行(MPI/OpenMP),以实际应用中3种常用迭代方法Jacobi、CG、BiCGSTAB为例,分析其渐近规模.并行可扩展性测试表明了渐近规模用于刻画迭代方法通信与计算比的准确性.对于纯进程情形,给出了渐近规模的理论预测与实际测试的对比,表明了理论预测结果的正确性.最后,基于这些结果,从迭代方法的算法设计和并行实现等方面讨论了面向未来更大规模的计算系统,降低通信与计算比的途径. 展开更多
关键词 迭代方法 通信与计算比 并行可扩展 渐近规模 多核 众核体系结构
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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
15
作者 张爱清 +2 位作者 曹小林 安恒斌 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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组合几何Monte Carlo粒子输运支撑软件框架JCOGIN的研发 预览 被引量:2
16
作者 张宝印 李刚 +1 位作者 邓力 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第B12期448-452,共5页
为实现核反应堆pin—by-pin精细MonteCarlo粒子输运模拟,研发了组合几何MonteCarlo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MonteCarlo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... 为实现核反应堆pin—by-pin精细MonteCarlo粒子输运模拟,研发了组合几何MonteCarlo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MonteCarlo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—bypin模型模拟,几何体数达千万,粒子数达百亿。 展开更多
关键词 JCOGIN框架 组合几何 两级并行计算 MONTE Carlo粒子输运
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基于JASMIN的地下水流大规模并行数值模拟 预览 被引量:4
17
作者 程汤培 邵景力 《计算物理》 CSCD 北大核心 2013年第3期317-325,共9页
针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征的地下水流模拟中计算时间长、存储开销大等瓶颈问题,基于MODFLOW三维非稳定流计算方法,提出基于网格片的核心算法以及基于影像区的通信机制,并在JASMIN框架上研制了大规模地下水流并行数值模拟程... 针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征的地下水流模拟中计算时间长、存储开销大等瓶颈问题,基于MODFLOW三维非稳定流计算方法,提出基于网格片的核心算法以及基于影像区的通信机制,并在JASMIN框架上研制了大规模地下水流并行数值模拟程序JOGFLOW.通过河南郑州市中牟县雁鸣湖水源地地下水流的模拟,对程序正确性和性能进行了验证;通过建立一个具有精细网格剖分的假想地下水概念模型对可扩展性进行测试.相对于32核的并行程序,在512以及1 024个处理机上的并行效率分别可达77.2%和67.5%.数值模拟结果表明,JOGFLOW具有较好的计算性能与可扩展性,能够有效使用数百上千计算核心,支持千万量级以上网格剖分的地下水流模型的大规模并行计算. 展开更多
关键词 高仿真地下水流模拟 大规模并行计算 JOGFLOW MODFLOW JASMIN框架
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适合于分布式并行计算的一种并行广义乘积型双共轭残差方法 预览 被引量:1
18
作者 左宪禹 谷同祥 +1 位作者 刘兴平 《应用数学与计算数学学报》 2013年第2期246-259,共14页
针对求解大型稀疏非对称线性方程组, 提出适合于分布式并行环境的一种并行广义乘积型双共轭残差 (GPBiCR) 方法 (简记为PGPBiCR方法). 通过重构GPBiCR方法, 新方法将原方法中的三个全局同步点降低到了一个, 且内积所需的通讯时间可... 针对求解大型稀疏非对称线性方程组, 提出适合于分布式并行环境的一种并行广义乘积型双共轭残差 (GPBiCR) 方法 (简记为PGPBiCR方法). 通过重构GPBiCR方法, 新方法将原方法中的三个全局同步点降低到了一个, 且内积所需的通讯时间可与向量校正的计算时间有效地重叠. 代价仅是稍微增加了一些计算量, 而相比于全局通讯时间的降低, 这是可以忽略不计的. 性能和等效率分析表明, PGPBiCR方法比GPBiCR方法具有更好的并行性和可扩展性, 其中可扩展性可改进3倍, 而并行通讯性能可改进66.7%. 数值试验得到了与理论分析相吻合的结果. 展开更多
关键词 稀疏非对称线性方程组 并行广义乘积型双共轭残差方法 KRYLOV子空间方法 全局通讯 分布式并行环境
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An efficient block variant of robust structured multifrontal factorization method
19
作者 左宪禹 谷同祥 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第8期225-232,共8页
Based on the two-dimensional three-temperature (2D3T) radiation diffusion equations and its discrete system, using the block diagonal structure of the three-temperature matrix, the reordering and symbolic decompositio... Based on the two-dimensional three-temperature (2D3T) radiation diffusion equations and its discrete system, using the block diagonal structure of the three-temperature matrix, the reordering and symbolic decomposition parts of the RSMF method are replaced with corresponding block operation in order to improve the solution efficiency. We call this block form method block RSMF (in brief, BRSMF) method. The new BRSMF method not only makes the reordering and symbolic decomposition become more effective, but also keeps the cost of numerical factorization from increasing and ensures the precision of solution very well. The theoretical analysis of the computation complexity about the new BRSMF method shows that the solution efficiency about the BRSMF method is higher than the original RSMF method. The numerical experiments also show that the new BRSMF method is more effective than the original RSMF method. 展开更多
关键词 分解方法 结构化 变种 多波 数值实验 块对角结构 计算复杂度 离散系统
JASMIN框架中多块结构网格拼接并行计算及其应用 预览 被引量:4
20
作者 郭红 张爱清 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2012年第8期69-74,共6页
基于JASMIN框架,本文设计了多块结构网格拼接的并行算法并研制了相应的软件模块。该模块设计实现了网格块间关系统一描述算法,及网格片间统一通信调度策略,从而有效解决了多块结构网格拼接并行计算中的通信性能瓶颈问题。同时,该模块封... 基于JASMIN框架,本文设计了多块结构网格拼接的并行算法并研制了相应的软件模块。该模块设计实现了网格块间关系统一描述算法,及网格片间统一通信调度策略,从而有效解决了多块结构网格拼接并行计算中的通信性能瓶颈问题。同时,该模块封装了数据分布存储、数据通信等并行计算细节,提供了规范接口,能够支撑用户简便地实现多块结构网格拼接并行计算。数值测试表明,该模块具有很好的并行性能,可以支撑应用程序扩展到上千核。 展开更多
关键词 多块结构网格 并行计算 JASMIN框架
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