Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

Применение графических ускорителей для расчета гидродинамических характеристик гребных винтов в пакете OpenFOAM

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-8

Полный текст:

Аннотация

Пакет OpenFOAM является одним из популярных инженерных инструментов для численного моделирования задач прикладной гидродинамики, для которых могут быть характерны сложные геометрии и сетки с числом ячеек, измеряемых десятками миллионов. Поскольку решение такого рода задач зачастую отличается большой продолжительностью и ресурсоёмкостью, любое ускорение таких расчетов имеет большое практическое значение. На основе одной практической задаче численного моделирования гидродинамических характеристик гребных винтов в настоящей работе исследуется вопрос оптимизации расчета в OpenFOAM за счет применения оригинальной библиотеки SparseLinSol (SLS), разрабатываемой авторами. Библиотека предназначена для решения больших разреженных систем уравнений на суперкомпьютерах и использует итерационные методы подпространства Крылова и многосеточные методы. Алгоритмы библиотеки используют оригинальную гибридную схему распараллеливания, комбинирующию модели MPI и Posix Shared Memory, а также допускают использование графических ускорителей NVIDIA для значительной части реализованных методов. В результате проведенного тестирования на вычислительной системе, оборудованной ускорителями NVIDIA X2070, показано, что: 1) результаты моделирования целевой задачи в пакете OpenFOAM, в целом, соответствуют результатам, полученным в пакете Star-CCM и результатам экспериментов; 2) реализованные методы решения СЛАУ обладают большей робастностью по сравнению с многосеточным методом GAMG, реализованным в пакете OpenFOAM; 3) Гибрдная модель распараллеливания значительно улучшает масштабируемость солвера, что позволяет добиваться линейной масштабируемости до 128 узлов, на всем диапазоне рассмотренном в проведенных тестах; 4) использование графических ускорителей способно увеличить скорость расчётов в 1.4-3 раза; 5) реализация методов в библиотеке SparseLinSol превосходит по скорости реализацию методов из библиотеки hypre для той же комбинации методов и тесторых матриц

Об авторах

Б. И. Краснопольский
Институт механики МГУ имени М.В. Ломоносова; ЗАО «Т-Сервисы»
Россия


А. В. Медведев
ЗАО «Т-Сервисы»
Россия


А. Ю. Чулюнин
Институт механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Россия


Список литературы

1. Б. Краснопольский, А. Медведев. О решении систем линейных алгебраических уравнений на многоядерных вычислительных системах с графическими ускорителями. Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2013): труды международной научной конференции (1-5 апреля 2013 г., г. Челябинск). Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. 637 с., стр. 409-420.

2. Б. Краснопольский, А. Медведев. Алгоритмические особенности создания многосеточного решателя СЛАУ на вычислительных системах с графическими ускорителями. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, серия «Информационные технологии», 2, 2014. стр. 210-217.

3. F. Menter. Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 32 (8), 1994. pp. 1598-1605.

4. H.A. Van der Vorst. BI-CGSTAB: a Fast and Smoothly Converging Variant of BI-CG for the Solution of Nonsymmetric Linear Systems. SIAM J. Sci. Statist. Comput., 13, 1992. pp. 631-644.

5. U. Trottenberg, C.W. Oosterlee, A. Schuller. Multigrid. Academic Press, 2000. 631 p.

6. Hypre: a Library of High Performance Preconditioners. https://computation.llnl.gov/casc/linear_solvers/sls_hypre.html. Дата обращения 18.12.2014.

7. N. Bell, M. Garland. Efficient Sparse Matrix-vector Multiplication on CUDA. NVIDIA Corporation, Tech. Rep. NVR-2008-004. 2008.

8. A. Monakov, A. Lokhmotov, A. Avetisyan. Automatically Tuning Sparse Matrix-vector Multiplication for GPU Architectures. High Performance Embedded Architectures and Compilers, ser. Lecture Notes in Computer Science, 5952, 2010. pp. 111-125.

9. J. Kraus, M. Frster, T. Brandes, T. Soddemann, Using LAMA for Efficient AMG on Hybrid Clusters. Computer Science - Research and Development, 28 (2-3), 2013. pp. 211-220.

10. М. Лобачев, Н. Овчинников, А. Пустошный. Численное моделирование работы гребного винта в неоднородном потоке. Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 333(6), 2009. стр. 5-10.

11. M. Peric, V.Bertram. Trends in Industry Applications of CFD for Maritime Flows. 10-th International Conference on Computer and IT Applications in the Maritime Industries. Berlin, Germany, 2011. pp.8-18. http://www.gl-group.com/pdf/Trends_in_Industry_Applications_of_CFD_for_Maritime_Flows.pdf

12. B. Krasnopol'skij, A. Medvedev. O reshenii sistem linejnykh algebraicheskikh uravnenij na mnogojadernykh vychislitel'nykh sistemakh s graficheskimi uskoriteljami [On solution of systems of linear algebraic eqautions on multicore systems with GPU accelerators]. Parallel'nye vychislitel'nye tekhnologii (PaVT'2013): trudy mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii (1-5 aprelja 2013, Cheljabinsk) [Parallel Computing technologies (PaCT'2013): proceedings of international scientific conference (April 1-5, 2013, Chelyabinsk)]. Cheljabinsk: Izdatel'skij centr ÜUrGU, 2013. 637 p., pp 409-420 (in Russian).

13. B. Krasnopol'skij, A. Medvedev. Algoritmicheskie osobennosti sozdanija mnogosetochnogo reshatelja SLAU na vychislitel'nykh sistemakh s graficheskimi uskoriteljami [Algorithmic aspects of development the multigrid slae solver for computer systems with GPU accelerators]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo, serija «Informacionnye tekhnologii» [Vestnik of Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, "Information Technology" series], 2, 2014. pp. 210-217 (in Russian).

14. F. Menter. Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 32 (8), 1994. pp. 1598-1605.

15. H.A. Van der Vorst. BI-CGSTAB: a Fast and Smoothly Converging Variant of BI-CG for the Solution of Nonsymmetric Linear Systems. SIAM J. Sci. Statist. Comput., 13, 1992. pp. 631-644.

16. U. Trottenberg, C.W. Oosterlee, A. Schuller. Multigrid. Academic Press, 2000. 631 p.

17. Hypre: a Library of High Performance Preconditioners. https://computation.llnl.gov/casc/linear_solvers/sls_hypre.html. Дата обращения 18.12.2014.

18. N. Bell, M. Garland. Efficient Sparse Matrix-vector Multiplication on CUDA. NVIDIA Corporation, Tech. Rep. NVR-2008-004. 2008.

19. A. Monakov, A. Lokhmotov, A. Avetisyan. Automatically Tuning Sparse Matrix-vector Multiplication for GPU Architectures. High Performance Embedded Architectures and Compilers, ser. Lecture Notes in Computer Science, 5952, 2010. pp. 111-125.

20. J. Kraus, M. Frster, T. Brandes, T. Soddemann, Using LAMA for Efficient AMG on Hybrid Clusters. Computer Science - Research and Development, 28 (2-3), 2013. pp. 211-220.

21. M. Lobachev, N. Ovchinnikov, A. Pustoshnyj. Chislennoe modelirovanie raboty grebnogo vinta v neodnorodnom potoke [Numerical modeling of marine propeller in a nonuniform flow]. Trudy CNII im. akad. A.N. Krylova [Proceedings of Krylov Shipbuilding Research Institute Acad. A.N. Krylov], 333(6), 2009. pp. 5-10 (in Russian).

22. M. Peric, V.Bertram. Trends in Industry Applications of CFD for Maritime Flows. 10-th International Conference on Computer and IT Applications in the Maritime Industries. Berlin, Germany, 2011. pp. 8-18. http://www.gl-group.com/pdf/Trends_in_Industry_Applications_of_CFD_for_Maritime_Flows.pdf


Для цитирования:


Краснопольский Б.И., Медведев А.В., Чулюнин А.Ю. Применение графических ускорителей для расчета гидродинамических характеристик гребных винтов в пакете OpenFOAM. Труды Института системного программирования РАН. 2014;26(5):155-172. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-8

For citation:


Krasnopolsky B., Medvedev A., Chulyunin A. On application of GPUs for modelling of hydrodynamic characteristics of screw marine propellers in OpenFOAM package. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2014;26(5):155-172. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-8

Просмотров: 45


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)