DSMC/PIC耦合模拟的大规模高效混合并行计算研究

作者：汪青松; 邱昊中; 林拥真; 杨富翔; 李洁; 王正华; 徐传福^*

来源：计算机科学, 2023, S2: 823-831.

• DSMC/PIC耦合
• 粒子模拟
• 分布式和集中式
• 动态负载均衡
• MPI+OpenMP

DSMC/PIC耦合模拟是一类重要的高性能计算应用。由于粒子动态注入、迁移等操作，传统MPI并行DSMC/PIC耦合模拟通常并行通信开销较大且负载不均衡。文中针对自主研发的DSMC/PIC耦合模拟软件，开展了大规模高效MPI+OpenMP混合并行及动态负载均衡研究。首先设计了基于嵌套双重非结构网格的MPI并行算法，实现了集中式和分布式两种并行通信策略，支持粒子在任意并行进程间的动态迁移。然后提出了加权负载性能模型，设计了动态负载均衡算法及高效网格重映射机制，大幅提升了耦合模拟并行效率，进一步设计了MPI+OpenMP混合并行算法，有效降低了纯MPI并行计算中动态负载均衡的网格重剖分和通信开销。在北京北龙超级云HPC系统上，针对10亿粒子规模脉冲真空弧等离子体羽流开展了数千处理器核心DSMC/PIC耦合并行模拟，验证了并行算法和动态负载均衡的效果。

• 单位
  国防科技大学; 中国人民解放军军事交通学院