大规模多物理模拟中的并行数据重分配问题求解-北京应用物理与计算.pdfVIP

大规模多物理模拟中的并行数据重分配问题求解 陈军 莫则尧 (计算物理实验室高性能计算中心，应用物理与计算数学研究所，北京 100088) (chenjun@iapcm.ac.cn) 摘要 复杂多物理模拟通常由多个物理过程组成。在并行数值模拟这类问题时，由于多个物理过程之间网格、并行区域分解的 差异，需要处理由此带来的并行数据重分配问题，即MxN 问题。本文基于三维激光等离子体相互作用并行数值模拟，提出一种 有效的并行重分配方法，来完成多个物理过程之间的耦合。并行数值结果表明，在64 台处理机上该并行程序获得较高的整体效 率。该方法可推广使用到其他一些多物理数值模拟应用中 关键词 并行计算；多物理模拟；并行数据重分配 中图法分类号 TP391 Solving the parallel data redistribution problem in large-scale multiphysics simulations Chen Jun, Mo Zeyao (Lab. of computatational Physics HPCC, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100088) Abstract Complex multiphysics simulations are usually composed of many physical processes. These parallel simulations must deal with the parallel data redistribution problem, namely MxN problem, caused by the different grid representation and domain decompositions between these parallel components. We present an effiecient parallel data redistribution method for parallel numerical simulation of three-dimensional hydrodynamics coupled with laser propagation. Parallel numerical experiments have showed that the overall speedup is 50.07 when the parallel application running on 64 processors. Keywords parallel computing; multiphysics simulation; parallel data distribution 复杂多物理模拟通常由多个物理过程组成。由于 换到另一个过程时，需要进行并行数据重分配。并行 不同物理过程的物理模型、离散网格的尺寸和形状的 数据重分配问题涉及到两个方面：哪些数据需要重分 不同，再加上并行引入的区域分解方式的不同，多个 配以及如何重分配这些数据。前者依赖于数学物理方 物理过程之间的耦合变得复杂。多物理并行模拟应用 程与所采取的数值方法；后者通常由并行编程人员采 程序的性能取决于各个物理过程并行实现的性能以 用优化技术实现。然而，物理和数学研究人员对并行 及过程间的耦合性能。多个物理过程之间的并行耦合 计算的有限了解，可能导致他们提供的需重分配的数 问题，需要处理因离散网格和并行区域分解方式导致 据集合并不是最优的。 的差异，以及由此带来的并行数据重分配问题。 本文的三维激光等离子体相互作用应用程序用 在并行耦合模拟中，即使两个物理过程离散在同 来模拟激光成丝和自聚焦现象。在该应用中，包含流 一种网格上，如果采用不同的区域分解方式，那么对 体力学、热效应和激光传播三个物理过程。在并行模 于这两个过程中都用到的同一物理量，它在两个过程 拟中，这三个物理过程在不同的网格上离散，且根据 中的数据分布也是不同的。因此，在一个物理过程转 各自特点，采用了不同的区域分解方式，因此，在过 收