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基于作业记账日志的并行作业特征分析工具JobCAT

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国防科技大学学报 2022年第5期44卷 63-70页

作者：田鸿运刘旭武林平罗红兵莫则尧北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

并行作业特征分析是负载分析的重要基础。作业记账日志是开展作业特征分析的重要数据源。由于作业记账日志中没有记录应用名称,现有工具无法按应用名称开展作业特征分析。提出基于关键字模糊匹配的作业记账日志标记方法,设计通用的作业... 详细信息

并行作业特征分析是负载分析的重要基础。作业记账日志是开展作业特征分析的重要数据源。由于作业记账日志中没有记录应用名称,现有工具无法按应用名称开展作业特征分析。提出基于关键字模糊匹配的作业记账日志标记方法,设计通用的作业数据模型和柔性可扩展软件架构,集成实现并行作业特征分析工具JobCAT。通过某超级计算机系统百万量级作业记账日志数据测试验证,JobCAT的作业记账日志标记率大于95%。JobCAT支持7个插件、29项统计报表,可一键生成应用的作业特征分析报告,对负载分析研究具有实用价值。

关键词：负载分析作业记账日志作业特征分析工具超级计算机

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

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计算力学学报 2023年

作者：王杰王景焘黄超伍洋刘娜张磐北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程，高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。本文基于浸没边界思想，提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法，可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面... 详细信息

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程，高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。本文基于浸没边界思想，提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法，可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法，本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案，并基于大规模并行编程框架，研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。通过与泰勒平板理论解、水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明，本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题，具备较高数值求解精度。在此基础上，完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估，应用前景广阔。

关键词：大变形流固耦合浸没边界法舰船结构毁伤并行编程框架

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点探测器敏感性关联抽样计算方法

原子能科学技术 2023年

作者：李瑞付元光邓力许海波中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器... 详细信息

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器敏感性中次级粒子的模拟特点,引入了单因素扰动系统,并基于粒子扩展属性实现了对单因素扰动系统微扰的模拟,从而避免了对次级粒子历史进行回溯。利用脉冲球形实验装置,测试了散射截面扰动下点探测器的敏感性计算功能,并与微分算符方法的计算结果进行了比较,以验证其计算精度。利用NUREG/CR-6115屏蔽基准题测试了权重技巧下算法的适用性。测试表明,算法与微分算符方法计算精度相当,并适用于屏蔽问题点探测器敏感性模拟。

关键词：点探测器敏感性关联抽样蒙特卡罗

MSV-Net:面向科学模拟面体混合数据的超分重建方法

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计算机科学与探索 2023年第6期17卷 1321-1328页

作者：曹斯铭王晓华王弘堃曹轶中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

高保真度的可视分析通常依赖大规模科学模拟产生的耦合几何模型的高分辨率网格数据,这对数据存储和流畅交互均提出了巨大挑战。提出了MSV-Net,一个面向大规模科学模拟面体混合数据的超分辨率重建方法。该网络为端到端的深度神经网络,通... 详细信息

高保真度的可视分析通常依赖大规模科学模拟产生的耦合几何模型的高分辨率网格数据,这对数据存储和流畅交互均提出了巨大挑战。提出了MSV-Net,一个面向大规模科学模拟面体混合数据的超分辨率重建方法。该网络为端到端的深度神经网络,通过多层非线性变换实现从低分辨数据到高分辨数据的混合绘制映射的联合学习;该网络舍弃了全连接层,不仅可以减少网络参数,而且能够提升网络的灵活性与可复用性。此外,构建了面向大规模电磁模拟应用的面体混合数据集MSV-Dataset,用于模型训练和验证。该数据集由采用不透明几何模型绘制耦合半透明体绘制的混合绘制的图像构成。与多种传统方法和深度学习方法进行了对比,定量分析结果显示,MOS绝对评价指标达到了4.1,重建准确率仅次于真实图像;基于混合数据绘制1500×1500分辨率的图像,采用直接绘制需要66.28 s,而采用MSV-Net则仅需要4.14 s,交互性能提升了约15倍。

关键词：科学数据可视化混合绘制大规模模拟超分辨率重建深度学习

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指定流量分配系数的多回流出口边界算法研究

航空学报 2022年

作者：许开龙刘再刚姜胜利王星张磐中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求，同时要保证出口回流时的数值稳定性，是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。本文基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法，支持不可压缩流动模拟中指定... 详细信息

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求，同时要保证出口回流时的数值稳定性，是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。本文基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法，支持不可压缩流动模拟中指定多个出口流量分配系数、出口存在回流时的稳定模拟。研究表明，在四面体/六面体网格算例中，该方法可实现出口流量分配系数在0.0–1.0范围内的稳定模拟，与设定值的最大相对偏差小于0.001%。在保持出口流量分配系数不变时，改变计算域出口位置使得流动处于未充分发展、回流或旋流状态，计算结果不受明显影响。将该方法应用于TECFLAM旋流燃烧器冷态流场模拟中，计算域缩减至三分之一后模拟仍能稳定收敛，预测值和实验数据保持较高的一致性。相比于使用常规出口边界的方法，该方法支持仿真人员根据需要设置出口流量分配系数和计算域大小，可显著减小数值计算开销。

关键词：出口边界自由出口边界流量分配系数回流燃烧室模拟

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特征γ射线谱分析的蒙特卡罗模拟技术

物理学报 2020年第11期69卷 71-77页

作者：邓力李瑞王鑫付元光北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

蒙特卡罗方法(MC)是模拟核探测问题的理想方法,用中子照射客体,中子诱发产生非弹γ和俘获γ,通过特征γ射线能谱和时间谱分析,确定客体核素组成和重量百分比.本文基于非弹γ和俘获γ时间门测量技术,给出了脉冲源发射下探测器响应计数公... 详细信息

蒙特卡罗方法(MC)是模拟核探测问题的理想方法,用中子照射客体,中子诱发产生非弹γ和俘获γ,通过特征γ射线能谱和时间谱分析,确定客体核素组成和重量百分比.本文基于非弹γ和俘获γ时间门测量技术,给出了脉冲源发射下探测器响应计数公式.在中子与核作用产生次级光子方面,采用期望值估计(expect value estimator,EVE)产光.为了避免大量小权光子模拟带来的计算存储量增加,设计了EVE产光与直接估计(direct estimator,DE)产光耦合.仅增加少量计算时间,便实现了特征γ射线解谱.数值模拟在自主MC软件JMCT上开展,计算结果初步验证了方法的正确有效性.

关键词：蒙特卡罗方法核探测非弹γ射线俘获γ射线期望值估计

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基于CAD几何模型的曲面流线可视分析方法

计算机工程与科学 2023年第6期45卷 961-969页

作者：吴付坤曹轶董庆利中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对在大规模矢量场中复杂几何曲面流线生成难的问题,设计实现了一种高精度的复杂曲面流线可视分析方法。首先,基于拓扑二维曲面结构进行求交计算,并引入高精度插值算法实现几何曲面矢量场并行抽取操作;然后,采用改进型龙格-库塔矢量场... 详细信息

针对在大规模矢量场中复杂几何曲面流线生成难的问题,设计实现了一种高精度的复杂曲面流线可视分析方法。首先,基于拓扑二维曲面结构进行求交计算,并引入高精度插值算法实现几何曲面矢量场并行抽取操作;然后,采用改进型龙格-库塔矢量场流线积分扩展技术进行积分计算,并引入自适应积分步长策略和流线-曲面求交加速结构,生成连续一致的曲面流线;最后,引入小球特征到可视化管线流程中,并集成于通用可视分析平台。实验结果表明,该方法能够高精度地生成连续一致的几何曲面流线,有效刻画复杂装置表面流场物理特性。

关键词：矢量场抽取流线积分扩展技术自适应积分步长流线-曲面求交加速结构

基于多绘制管线的大规模并行体绘制性能优化技术

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计算机工程 2024年

作者：王华维刘若妍艾志玮曹轶北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室中物院高性能数值模拟软件中心

面向数值模拟输出的大规模科学数据，体绘制方法为了刻画复杂物理特征，必然进行高密度光线采样，由此带来了极大的计算开销和数据增量。然而，在国产自主CPU高性能计算机上，由于处理器单核的计算能力低于商业CPU，只能使用更多的处理... 详细信息

面向数值模拟输出的大规模科学数据，体绘制方法为了刻画复杂物理特征，必然进行高密度光线采样，由此带来了极大的计算开销和数据增量。然而，在国产自主CPU高性能计算机上，由于处理器单核的计算能力低于商业CPU，只能使用更多的处理器核来分担体绘制任务，但却由此遭遇采样数据并行通信的可扩展性瓶颈。如何充分利用国产自主CPU高性能计算机去高效完成体绘制任务，是目前亟待解决的一个问题。为此，本文针对大规模并行体绘制提出了一种基于多绘制管线的性能优化技术，通过多管线、多进程的两级并行模式来降低单条管线的并行规模。在大规模并行体绘制中，该技术将绘制目标图像划分成多个子区域，绘制进程则相应分组，每个进程组独立执行一条绘制管线，完成图像相应子区域的绘制，最后，再收集所有的图像子区域，形成完整图像输出。实验表明，优化后的体绘制算法在国产自主CPU高性能计算机上可以扩展到万核规模，并使得以前无法完成的体绘制任务成为可能。

关键词：体绘制多管线两级并行并行可扩展性性能优化

面向电大多尺度模型的大规模并行对称半正定亚网格FDTD算法

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北京理工大学学报 2023年第6期43卷 649-656页

作者：陈晓洁鲍献丰李瀚宇张爱清周海京中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分... 详细信息

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分(FDTD)算法.该算法保留了FDTD算法高并行可扩展性优势,同时可局部使用细化网格剖分电大尺寸模型精细结构部位,支持粗网格区域和细网格区域分别采用大时间步长和小时间步长进行迭代计算.算例表明,该方法在解决电大多尺度电磁模拟问题时,具有较强的并行可扩展性,同时能够保证数值计算结果的精度和稳定性,与传统的FDTD算法相比,可显著降低内存需求,提高计算效率.

关键词：电大多尺度模型对称半正定亚网格FDTD算法大规模并行