《基於GPU並行的反應堆物理計算方法研究》是依託清華大學，由余綱林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於GPU並行的反應堆物理計算方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：余綱林
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
反應堆物理計算方法是核反應堆研究和設計的基礎，隨著先進核能技術的發展，對反應堆物理計算的計算速度和精度都提出了很高要求，而並行計算技術是提高反應堆物理計算效率的最有效手段之一，近年來隨著基於GPU（圖形處理器，Graphic Processing Unit）的並行計算技術的發展，GPU並行計算已經成為科學計算中的有力工具，研究GPU並行方法在反應堆物理計算中的套用，具有很大的研究潛力。本課題研究的內容是分析GPU和CPU並行計算的特點及不同之處，探索將GPU套用於反應堆物理計算中的方法，針對不同的條件，研究適用於CPU－GPU異構並行計算的中子輸運計算方法，包括擴散和輸運計算算法針對GPU計算的改進、異構平台下的算法邏輯和並行計算數據的組織管理等，目的是將計算機硬體的最新進展套用到反應堆物理計算中，提高反應堆物理計算的速度和準確，以適應先進核能系統對反應堆物理計算的要求。
結題摘要
反應堆物理計算方法是核反應堆研究和設計的基礎，隨著先進核能技術的發展，對反應堆物理計算的計算速度和精度都提出了很高要求。近年來基於GPU（圖形處理器，Graphic Processing Unit）的並行計算已經成為科學計算中的有力工具，本課題的工作即是研究GPU並行方法在反應堆物理計算中的套用。 根據項目計畫書的安排以及GPU並行計算在技術上的特點，本課題在GPU套用的算法研究、程式研發和效率分析等方面進行了具體的研究工作，包括：1、三維擴散細網有限擴散差分臨界及中子時空動力學方程的GPU並行求解算法及程式編制；2、共軛梯度法在GPU求解擴散方程中的套用研究；3、CPU-GPU異構計算中記憶體數據管理方法研究；4、GPU並行計算中線性方程組的疊代算法效率分析；5、中子輸運蒙特卡羅方法在GPU上實現效率的初步分析等。 課題在細緻分析中子擴散方程求解算法流程針對GPU並行計算所需修正的基礎上，基於CUDA(Compute Unified Device Architecture)編寫了採用GPU並行加速的三維擴散有限差分臨界/時空動力學求解程式RDGS(REAL Diffusion GPU Solver) ，程式使用共軛梯度法和源疊代方法求解反應堆臨界問題，並使用了多層格線MultiLevel 加速方法求解隱式向後差分離散的時空動力學方程。其中臨界計算部分相對於傳統的細網反應堆物理計算程式取得了數百倍的加速效果。課題研究了不同稀疏矩陣存儲格式對程式計算性能的影響，並分析了在GPU加速條件下，不同疊代算法求解臨界問題的優劣。 通過課題的研究工作，加深了對於在反應堆物理數值計算中套用GPU並行計算的優缺點的理解，研究算法並編制了相應程式系統，可以大大提高反應堆物理計算和安全分析的效率。課題工作的成果可以有效促進反應堆物理在大型異構並行計算機上的發展，對於後續的研究有著具體的指導意義。
