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2015年中國科學院超級計算應用獎
文章來源:  |  發布時間:2015-10-14  |  【打印】 【關閉

1.《ATLAS蒙特卡羅模擬計算平臺》

該項目通過ATLAS蒙特卡羅模擬計算平臺,取得了顯著的科研應用成果。

ATLAS是一個全球合作的高能物理實驗,位于歐洲核子物理研究中心的大型強子對撞擊LHC上,于2012年發現了“上帝粒子”,證明了物質質量的起源。為了更高效地利用計算和內存資源,對AthenaATLAS離線物理模擬和分析軟件)改進多核方式,并采用了ROWRead on Write)方式的共享內存方式。跟傳統單核方式相比,這種多核方式節省了50%的內存。

同時,為了將ATLAS軟件運行于中科院的超級計算機“元”上,該項目基于Arc CE(網格中間件中計算資源管理器)開發了針對SCE中間件的插件,將網格上的ATLAS作業通過“橋接”的方式轉發到由SCE中間件所管理的中科院超級計算環境(ScGrid)。這一方式,首次實現了ScGrid網格與基于X509認證和EMI等中間件的世界高能物理網格資源整合。目前,ATLAS作業已經成功運行于超級計算節點“元”上,也產生了豐碩的科研成果。

 

2. 散裂靶模擬算法開發

該項目為自主研發的多GPU顆粒流模擬應用程序,依托ADS散裂靶模擬算法開發項目,開展了基于GPU架構的并行算法研究工作。

ADS系統中,高能質子與重金屬靶材料相互作用后會沉積大量的熱量,沉積的熱量有可能會導致固體部件(如靶窗、靶側壁等)發生形變,因此如何將沉積的熱量帶走是散裂靶設計中的重要問題之一。目前提出的散裂靶方案是以重金屬靶材料作為冷卻劑,通過流動將輻照產生的熱量帶走。重金屬靶材料的流動可以是液態或固態(顆粒)的方式。顆粒流相對于液態流體更加穩定(無法形成湍流、漩渦),因此使用固態靶是一個更優的解決方案。

由于ADS散裂靶在世界范圍內并沒有建造先例,因此在研制散裂靶裝置的過程中,計算模擬工作是最重要的設計手段。該項目自主研發的多GPU顆粒流模擬應用程序目前已經投入散裂靶的設計研究工作中,并取得了顯著的模擬計算效果。

 

3.PIC算法在射頻波大規模并行模擬中的應用

本項目基于辛Particle-in-cell (PIC)方法,通過第一性原理大規模數值模擬,充分利用超算資源,研究多尺度、非線性的射頻波物理過程。在算法構造、大規模模擬實現及物理研究上均具有創新性和重要價值。

本研究還得到科技部ITER專項、自然科學基金、教育部等多項基金支持。該系列工作突破了傳統算法的瓶頸,為自主研發世界領先的磁約束聚變模擬程序奠定了系統的理論基礎。同時,算法的有效實施為解決磁約束聚變領域關鍵問題提供了有力工具。

 

4.基于多網格譜元法的深部資源探測大規模模擬軟件研究

本項目針對復雜非均勻介質中聲場的高精度數值進行模擬,利用三維交錯網格高精度的有限差分法和高階譜元法開發的自主知識產權軟件可以模擬部分裂隙介質、縫洞介質等非規則形狀儲層中聲波傳播。目前本項目已經開發了多網格Chebyshev譜元法的聲場和彈性波場模擬軟件,并進行了并行化擴展,1600核并行效率達到40%以上。該方法應用于深層孔洞介質的聲場模擬,其精度和可靠性都經過了驗證。此外,項目組基于三維變網格有限差分法開發和優化的并行軟件,5000核并行效率達到75%

利用上述軟件,本項目開展了聲波測井相關問題的高性能數值模擬,在各向異性地層、傾斜井和偏心套管井、隨鉆測井、固井質量評價、遠程探測聲波測井等目前亟需解決的技術難題上取得了一系列創新成果,實現經濟效益約1200萬元。在國內外期刊發表多篇論文,為解決深部油氣藏的勘探開發中的難點問題奠定了重要基礎。

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