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千万亿次可扩展可容错自由网格数值模拟系统
被引量:
3
1
作者
黎雷生
王朝尉
+2 位作者
马志涛
霍志刚
田荣
《计算机研究与发展》
EI
CSCD
北大核心
2015年第4期823-832,共10页
在千万亿次计算能力的驱动下,数值软件的发展进入了一个以海量并行为基本特征的历史转折期,可扩展和可容错成为大规模数值模拟的两大关键技术.petaPar模拟程序是以对传统数值技术形成优势互补的无网格类方法为切入点,面向千万亿次级计...
在千万亿次计算能力的驱动下,数值软件的发展进入了一个以海量并行为基本特征的历史转折期,可扩展和可容错成为大规模数值模拟的两大关键技术.petaPar模拟程序是以对传统数值技术形成优势互补的无网格类方法为切入点,面向千万亿次级计算而开发的下一代新兴通用数值模拟程序.petaPar在统一架构下实现了光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和物质点法(material point method,MPM)两种最为成熟和有效的无网格/粒子算法,支持多种强度、失效模型和状态方程;其中MPM支持改进的接触算法,可以处理上百万离散物体的非连续变形和相互作用计算.系统具有以下特点:1)高可扩展.实现单核单Patch极端情形下计算和通信的完全重叠,支持动态负载均衡;2)可容错.支持无人值守变进程重启动,在系统硬件出现局部热故障时可以不中止计算;3)适应硬件体系结构异构架构的变化趋势,同时支持flat MPI和MPI+Pthreads并行模型.程序在Titan千万亿次超级计算机上进行了全系统规模的可扩展性测试,结果表明该代码可线性扩展到26万个CPU核,SPH和MPM的并行效率分别为100%和96%.
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关键词
千万亿次计算
无
网格
/
粒子
模拟
高可扩展
高可容错
多线程
动态负载平衡
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职称材料
带辅助磁场等离子体断路开关的数值模拟
被引量:
1
2
作者
陈玉兰
曾正中
孙凤举
《强激光与粒子束》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2003年第6期595-598,共4页
利用全电磁网格粒子方法模拟了外加磁场对等离子体断路开关(POS)断路性能的影响,给出了电压倍增系数与外加磁场的关系曲线。数值模拟表明,外加轴向磁场线圈必须放在同轴型POS阴极的同侧才能显著改善开关的断路性能;当外加角向磁场时,...
利用全电磁网格粒子方法模拟了外加磁场对等离子体断路开关(POS)断路性能的影响,给出了电压倍增系数与外加磁场的关系曲线。数值模拟表明,外加轴向磁场线圈必须放在同轴型POS阴极的同侧才能显著改善开关的断路性能;当外加角向磁场时,内电极为阴、阳极的同轴型POS的断路性能都得到了不同程度的改善。随着外加磁场的增大,电压倍增系数将达到饱和。
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关键词
等离子体断路开关
数值
模拟
POS
断路性能
电压倍增系数
外加磁场
辅助磁场
脉冲功率电感储能装置
全电磁
网格
粒子
模拟
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职称材料
激光等离子体相互作用模拟的并行和加速研究
3
作者
武海鹏
文敏华
+1 位作者
SEE Simon
林新华
《计算机科学与探索》
CSCD
北大核心
2018年第4期550-558,共9页
随着生成超短激光脉冲技术的不断发展,对这种激光脉冲和等离子体相互作用进行动力学描述也变得越来越重要。PIC(particle-in-cell)是一种在等离子体物理中,研究充能粒子在电磁场中运动轨迹的广泛采用的方法。尽管现在已经有一些在GPU上...
随着生成超短激光脉冲技术的不断发展,对这种激光脉冲和等离子体相互作用进行动力学描述也变得越来越重要。PIC(particle-in-cell)是一种在等离子体物理中,研究充能粒子在电磁场中运动轨迹的广泛采用的方法。尽管现在已经有一些在GPU上的PIC方法的实现,但是基于激光等离子体相互作用模拟的特点,仍然有很多重要问题可以尝试其他解决思路。提出了一种把初始的基于CPU的LPI模拟代码完整移植到GPU上的可行方法。提出了一系列加速初始的GPU版本的方法:动态冗余算法、混合精度算法、粒子排序算法。利用并且评估了GPUDirect RDMA(remote direct memory access)技术,其可以提高MPI的通信性能。实验结果证明,与初始的GPU版本相比,"Scatter"阶段加速比为6.1倍,当MPI传输数据大于3 KB时,通信过程提速了2.8倍。这些研究证明了针对模拟应用和GPU集群的特点进行特殊的优化能对性能带来显著的提升。
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关键词
激光等离子体相互作用
粒子网格模拟
统一计算设备架构(CUDA)
CUDA优化
GPUDirect
RDMA
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职称材料
等离子体密度对尾场加速中最优束流负载的影响
4
作者
黄开国
安维明
《北京师范大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期183-189,共7页
探讨了当束团参数固定时,通过改变束团电荷量来改变束流的负载状态以达到最优束流负载条件,以及改变等离子体密度对束流负载特性的影响;通过实验发现,等离子体的入口和出口处均存在逐渐增加或降低的等离子体密度坡,并探究了该密度坡对...
探讨了当束团参数固定时,通过改变束团电荷量来改变束流的负载状态以达到最优束流负载条件,以及改变等离子体密度对束流负载特性的影响;通过实验发现,等离子体的入口和出口处均存在逐渐增加或降低的等离子体密度坡,并探究了该密度坡对束团相对能散的影响.利用QuickPIC对粒子的行为及其在等离子体中的演化状态进行了模拟;利用理论分析法对束团状态和相对能散的变化进行了综合分析和论证.结果表明:1)在传播方向上局部微调等离子体密度可降低尾随束团的相对能散;2)密度坡的存在会降低相对能散;3)改变等离子体密度,可实现欠负载、过负载,以及最优束流负载之间的切换,最终能散相较最优束流负载状态下的能散更低.
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关键词
等离子体尾场加速
最优束流负载
密度坡
能散
粒子网格模拟
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职称材料
双束等离子体尾波加速中的束流相对能散预测
5
作者
王晓宁
高杰
+4 位作者
安维明
王佳
李大章
曾明
鲁巍
《强激光与粒子束》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期154-158,共5页
针对空泡机制中的双束等离子体尾波电子加速设计,给出了能够快速得到被加速束流在最大加速距离下的相对能散的预测公式。通过加速初始时刻束流纵向分布以及束流所处位置的纵向尾波场可得到束流最终相对能散。该预测公式不仅可应用于驱...
针对空泡机制中的双束等离子体尾波电子加速设计,给出了能够快速得到被加速束流在最大加速距离下的相对能散的预测公式。通过加速初始时刻束流纵向分布以及束流所处位置的纵向尾波场可得到束流最终相对能散。该预测公式不仅可应用于驱动束流与被加速束流初始能量相同的情况,还可应用于两个束流初始能量不相同的情况。由该预测公式得到的束流相对能散与被加速束流和驱动束流的初始能量的比值有关,而与两个束流初始能量的数值无关。利用准静态近似的粒子网格模拟程序QuickPIC对理论进行了模拟验证,模拟结果与理论预期结果一致。
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关键词
等离子体尾波加速
电子加速
双束团
相对能散
粒子网格模拟
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职称材料
题名
千万亿次可扩展可容错自由网格数值模拟系统
被引量:
3
1
作者
黎雷生
王朝尉
马志涛
霍志刚
田荣
机构
中国科学院计算技术研究所高性能计算机研究中心
中国科学院大学
出处
《计算机研究与发展》
EI
CSCD
北大核心
2015年第4期823-832,共10页
基金
国家自然科学基金项目(11072241
11111140020
+1 种基金
91130026)
橡树岭国家实验室/美国国家计算科学中心主任基金项目(MAT028)
文摘
在千万亿次计算能力的驱动下,数值软件的发展进入了一个以海量并行为基本特征的历史转折期,可扩展和可容错成为大规模数值模拟的两大关键技术.petaPar模拟程序是以对传统数值技术形成优势互补的无网格类方法为切入点,面向千万亿次级计算而开发的下一代新兴通用数值模拟程序.petaPar在统一架构下实现了光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和物质点法(material point method,MPM)两种最为成熟和有效的无网格/粒子算法,支持多种强度、失效模型和状态方程;其中MPM支持改进的接触算法,可以处理上百万离散物体的非连续变形和相互作用计算.系统具有以下特点:1)高可扩展.实现单核单Patch极端情形下计算和通信的完全重叠,支持动态负载均衡;2)可容错.支持无人值守变进程重启动,在系统硬件出现局部热故障时可以不中止计算;3)适应硬件体系结构异构架构的变化趋势,同时支持flat MPI和MPI+Pthreads并行模型.程序在Titan千万亿次超级计算机上进行了全系统规模的可扩展性测试,结果表明该代码可线性扩展到26万个CPU核,SPH和MPM的并行效率分别为100%和96%.
关键词
千万亿次计算
无
网格
/
粒子
模拟
高可扩展
高可容错
多线程
动态负载平衡
Keywords
petascale computing
meshless/particle simulation
high scalable
fault tolerance
MPI+Pthreads
dynamic load balancing
分类号
TP301.6 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
TP338.6 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
带辅助磁场等离子体断路开关的数值模拟
被引量:
1
2
作者
陈玉兰
曾正中
孙凤举
机构
西北核技术研究所
出处
《强激光与粒子束》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2003年第6期595-598,共4页
基金
国家自然科学基金重点资助课题(10035020)
文摘
利用全电磁网格粒子方法模拟了外加磁场对等离子体断路开关(POS)断路性能的影响,给出了电压倍增系数与外加磁场的关系曲线。数值模拟表明,外加轴向磁场线圈必须放在同轴型POS阴极的同侧才能显著改善开关的断路性能;当外加角向磁场时,内电极为阴、阳极的同轴型POS的断路性能都得到了不同程度的改善。随着外加磁场的增大,电压倍增系数将达到饱和。
关键词
等离子体断路开关
数值
模拟
POS
断路性能
电压倍增系数
外加磁场
辅助磁场
脉冲功率电感储能装置
全电磁
网格
粒子
模拟
Keywords
Plasma opening switch
Particle-in-cell simulations
Additional magnetic field
Voltage multiplication coefficient
分类号
TL503 [核科学技术—核技术及应用]
TM56 [电气工程—电器]
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职称材料
题名
激光等离子体相互作用模拟的并行和加速研究
3
作者
武海鹏
文敏华
SEE Simon
林新华
机构
上海交通大学高性能计算中心
NVIDIA Technology Center
东京工业大学学术国际情报中心
出处
《计算机科学与探索》
CSCD
北大核心
2018年第4期550-558,共9页
基金
国家重点研发计划(Nos.2016YFB0201400,2016YFB0201800);日本学术振兴会RONPAKU项目
NVIDIA GPU全球卓越中心项目
文摘
随着生成超短激光脉冲技术的不断发展,对这种激光脉冲和等离子体相互作用进行动力学描述也变得越来越重要。PIC(particle-in-cell)是一种在等离子体物理中,研究充能粒子在电磁场中运动轨迹的广泛采用的方法。尽管现在已经有一些在GPU上的PIC方法的实现,但是基于激光等离子体相互作用模拟的特点,仍然有很多重要问题可以尝试其他解决思路。提出了一种把初始的基于CPU的LPI模拟代码完整移植到GPU上的可行方法。提出了一系列加速初始的GPU版本的方法:动态冗余算法、混合精度算法、粒子排序算法。利用并且评估了GPUDirect RDMA(remote direct memory access)技术,其可以提高MPI的通信性能。实验结果证明,与初始的GPU版本相比,"Scatter"阶段加速比为6.1倍,当MPI传输数据大于3 KB时,通信过程提速了2.8倍。这些研究证明了针对模拟应用和GPU集群的特点进行特殊的优化能对性能带来显著的提升。
关键词
激光等离子体相互作用
粒子网格模拟
统一计算设备架构(CUDA)
CUDA优化
GPUDirect
RDMA
Keywords
laser-plasma-interaction simulation
particle-in-cell(PIC)
compute unified device architecture(CUDA)
CUDA optimization
GPUDirect RDMA
分类号
TP391 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
等离子体密度对尾场加速中最优束流负载的影响
4
作者
黄开国
安维明
机构
北京师范大学天文系
北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所
出处
《北京师范大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期183-189,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(12075030)
北京师范大学引进人才科研启动经费资助项目(310432104,312200502503)。
文摘
探讨了当束团参数固定时,通过改变束团电荷量来改变束流的负载状态以达到最优束流负载条件,以及改变等离子体密度对束流负载特性的影响;通过实验发现,等离子体的入口和出口处均存在逐渐增加或降低的等离子体密度坡,并探究了该密度坡对束团相对能散的影响.利用QuickPIC对粒子的行为及其在等离子体中的演化状态进行了模拟;利用理论分析法对束团状态和相对能散的变化进行了综合分析和论证.结果表明:1)在传播方向上局部微调等离子体密度可降低尾随束团的相对能散;2)密度坡的存在会降低相对能散;3)改变等离子体密度,可实现欠负载、过负载,以及最优束流负载之间的切换,最终能散相较最优束流负载状态下的能散更低.
关键词
等离子体尾场加速
最优束流负载
密度坡
能散
粒子网格模拟
Keywords
plasma wakefield acceleration
optimal beam-loading
density ramp
energy spread
particle mesh simulation
分类号
TF806 [冶金工程—有色金属冶金]
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职称材料
题名
双束等离子体尾波加速中的束流相对能散预测
5
作者
王晓宁
高杰
安维明
王佳
李大章
曾明
鲁巍
机构
中国科学院高能物理研究所
中国科学院大学
北京师范大学天文系
清华大学工程物理系
出处
《强激光与粒子束》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期154-158,共5页
基金
国家自然科学基金项目(12075030,11975252)
中国科学院前沿科学重点研究计划项目(QYZDJ-SSW-SLH004)
+1 种基金
中国科学院人才引进计划(E05153U1)
中国科学院高能物理研究所创新基金项目(Y954516)。
文摘
针对空泡机制中的双束等离子体尾波电子加速设计,给出了能够快速得到被加速束流在最大加速距离下的相对能散的预测公式。通过加速初始时刻束流纵向分布以及束流所处位置的纵向尾波场可得到束流最终相对能散。该预测公式不仅可应用于驱动束流与被加速束流初始能量相同的情况,还可应用于两个束流初始能量不相同的情况。由该预测公式得到的束流相对能散与被加速束流和驱动束流的初始能量的比值有关,而与两个束流初始能量的数值无关。利用准静态近似的粒子网格模拟程序QuickPIC对理论进行了模拟验证,模拟结果与理论预期结果一致。
关键词
等离子体尾波加速
电子加速
双束团
相对能散
粒子网格模拟
Keywords
plasma wakefield acceleration
electron acceleration
two-bunch
relative energy spread
particle-in-cell simulation
分类号
TF806 [冶金工程—有色金属冶金]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
千万亿次可扩展可容错自由网格数值模拟系统
黎雷生
王朝尉
马志涛
霍志刚
田荣
《计算机研究与发展》
EI
CSCD
北大核心
2015
3
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职称材料
2
带辅助磁场等离子体断路开关的数值模拟
陈玉兰
曾正中
孙凤举
《强激光与粒子束》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2003
1
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职称材料
3
激光等离子体相互作用模拟的并行和加速研究
武海鹏
文敏华
SEE Simon
林新华
《计算机科学与探索》
CSCD
北大核心
2018
0
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职称材料
4
等离子体密度对尾场加速中最优束流负载的影响
黄开国
安维明
《北京师范大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
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职称材料
5
双束等离子体尾波加速中的束流相对能散预测
王晓宁
高杰
安维明
王佳
李大章
曾明
鲁巍
《强激光与粒子束》
CAS
CSCD
北大核心
2022
0
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职称材料
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