宇宙學(xué)模擬對(duì)于科學(xué)家研究非線性結(jié)構(gòu)的形成以及暗物質(zhì)、暗能量等假想形式具有重要作用,而高精度宇宙學(xué)模擬包含數(shù)千億甚至數(shù)萬億個(gè)粒子,因此超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力使其成為解決宇宙學(xué)模擬問題的理想平臺(tái)。為在國(guó)產(chǎn)神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)宇宙學(xué)N體模擬,分析PHoToNs軟件中使用的粒子網(wǎng)格算法和快速多極子方法,并結(jié)合眾核處理器架構(gòu)提出多層次分解和負(fù)載均衡方案、執(zhí)行樹遍歷和引力計(jì)算的流水線策略以及向量化引力計(jì)算算法等多種性能優(yōu)化技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)能充分發(fā)揮神威太湖之光架構(gòu)優(yōu)勢(shì)的N體模擬軟件SwPHoToNs。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在神威太湖之光超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的5 200 000個(gè)計(jì)算核心上進(jìn)行包含6 400億個(gè)粒子的宇宙學(xué)模擬,SwPHoToNs獲得了29.44 PFLOPS的持續(xù)計(jì)算速度,且并行和計(jì)算效率分別為84.6%和48.3%。 

【文章來源】：計(jì)算機(jī)工程. 2020,46(09)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

SW26010體系結(jié)構(gòu)

PHoToNs是針對(duì)大規(guī)模并行宇宙模擬[1]而設(shè)計(jì),SwPHoToNs在此基礎(chǔ)上針對(duì)Sunway平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。PHoToNs軟件將PM和FMM兩種常用算法相結(jié)合,如圖2所示。本文使用PM算法用于遠(yuǎn)程引力計(jì)算,FMM算法用于短程引力計(jì)算,因此將P2P的方程修改為式(1):

如圖3所示,計(jì)算框由K-D樹分解。每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)作為頂層樹的一個(gè)節(jié)點(diǎn),對(duì)應(yīng)一個(gè)連續(xù)的空間區(qū)域和一個(gè)長(zhǎng)方體,也是由局部粒子構(gòu)成的局部樹的根節(jié)點(diǎn)。因此,所有粒子都鏈接到一個(gè)完整的全局K-D樹中。在圖3(c)中,點(diǎn)劃線圈內(nèi)粒子間的相互作用由P2P處理,虛線圈內(nèi)粒子間的相互作用由M2L處理。在所有進(jìn)程中記錄頂層樹,邊界信息需要在進(jìn)程之間進(jìn)行通信,在此使用一個(gè)額外的遍歷根據(jù)打開角度估計(jì)需要發(fā)送給其他進(jìn)程的本地樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量。實(shí)際上,引力的長(zhǎng)-短分裂保證了邊界交換只發(fā)生在截止半徑內(nèi)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多體問題在GPU上實(shí)現(xiàn)的討論[J]. 徐磊,徐瑩.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2012(01)



本文編號(hào)：3547417