大型异构系统上数百万核可扩展的新型区域分裂隐式求解器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91530103
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    42.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0501.算法基础理论与构造方法
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Many-core heterogeneous supercomputing systems, such as the Tianhe, Shenwei and Nebula series, have become an important trend in high performance computing. However, many traditional implicit algorithms for solving partial differential equation are no longer suitable or even completely inapplicable on such kind of systems. It is therefore of great importance to develop heterogeneity-friendly parallel algorithms and software. To that end, under the support of the previous NFSC grant, we proposed a new class of heterogeneous domain decomposition methods for the explicit solution of partial differential equations and scaled to O(100,000) and O(1,000,000) cores on the CPU-GPU-based Tianhe-1A and the CPU-MIC-based Tianhe-2, respectively. In addition, an attempt was done by applying the heterogeneous domain decomposition methods in a typical fully implicit solver in the new HPCG benchmark, which successfully led to a full system scale, top 1 HPCG performance on Tianhe-2 with 3.12 million cores. Based on the previous work, we plan to continue, concise, and sublimate the research, by focusing on the trends and characteristics of heterogeneous systems and the key characteristics of typical geo-scientific applications, in order to further study fully implicit domain decomposition methods on heterogeneous systems. In the proposed research, we also plan to combine the domain decomposition methods with advanced algorithms for solving linear and nonlinear system, and effective techniques on performance optimization, so as to seek the balance among the convergence, the parallelism, and the architecture. Finally, we plan to develop a highly efficient and scalable implicit algorithm library that is able to exploit multi-million parallelisms on state-of-the-art domestic heterogeneous platforms.
以天河、神威、星云等为代表的异构、众核系统已成为重要趋势,对应的高可扩展偏微分方程隐式求解算法和软件已成为亟待突破的一大瓶颈。鉴此,上期培育项目:(1)提出了面向显式模拟的新型区域分裂方法,在天河1A、天河2等平台进行了十万及百万核级的大规模实算;(2)初步探索了其在隐式求解中的可行性,成功用于HPCG新型基准测试的算法设计和优化,在天河2上扩展至整机312万核并取得国际HPCG排行榜榜首。本项目拟延续、凝练、升华前期成果,充分考虑大型异构系统的发展趋势及以地学计算为代表的重点应用领域的问题特征,进一步深入研究基于异构区域分裂框架的隐式求解方法,并结合相应的线性、非线性系统并行求解算法及自适应负载均衡、多级通信优化和多粒度性能调优技术,寻求收敛性、并行性、体系结构友好性之间的平衡,形成一套高效的异构并行隐式求解算法库,并在国产顶级大型异构系统上实现数百、上千万核的高可扩展计算。

结项摘要

本项目延续、凝练、升华前期成果,充分考虑大型异构系统的发展趋势及以地学计算为代表的重点应用领域的问题特征,进一步深入研究基于异构区域分裂框架的隐式求解方法,并结合相应的线性、非线性系统并行 求解算法及自适应负载均衡、多级通信优化和多粒度性能调优技术,寻求收敛性、并行性、体系结构友好性之间的平衡,形成了一套高效的异构并行隐式求解算法库,在国产顶级大型异构系统上实现数百、上千万核的高可扩展计算,发表多篇高水平学术论文,并取得了高性能计算应用领域的世界最高学术奖项——ACM Gordon Bell奖,实现了我国在该奖项自1987年设立以来零的突破,成为我国高性能计算应用发展的一个新的里程碑。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
A scalable fully implicit method with adaptive time stepping for unsteady compressible inviscid flows
用于非稳态可压缩非粘流的具有自适应时间步进的可扩展完全隐式方法
  • DOI:
    10.1016/j.compstruc.2016.08.003
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Computers & Structures
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yafei Liu;Haijian Yang;Chao Jiang;Chao Yang
  • 通讯作者:
    Chao Yang
623 Tflop/s HPCG Run on Tianhe-2: Leveraging Millions of Hybrid Cores
天河二号上运行 623 Tflop/s HPCG:利用数百万个混合内核
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of High Performance Computing Applications
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Yunfei Du;Canqun Yang;Min Xie;Xiangke Liao
  • 通讯作者:
    Xiangke Liao
Active-Set Reduced-Space Methods with Nonlinear Elimination for Two-Phase Flow Problems in Porous Media
多孔介质中两相流问题的非线性消除主动集约简空间法
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatfluidflow.2023.109167
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    SIAM Journal on Scientific Computing
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Haijian Yang;Chao Yang;Shuyu Sun
  • 通讯作者:
    Shuyu Sun
An automatic and effective parameter optimization method for model tuning
一种自动有效的模型调整参数优化方法
  • DOI:
    10.5194/gmd-8-3579-2015
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Geoscientific Model Development
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xue; W.;Xie; F.;Xu; H.;Huang; X.
  • 通讯作者:
    X.
Nonlinear preconditioning techniques for full-space lagrange-newton solution of PDE-constrained optimization problems
偏微分方程约束优化问题全空间拉格朗日-牛顿解的非线性预处理技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    SIAM Journal on Scientific Computing
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Haijian Yang;Feng-Nan Hwang;Xiao-Chuan Cai
  • 通讯作者:
    Xiao-Chuan Cai

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨超

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杨超的其他基金

基于国产神威100PF系统的高性能算法库研究
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    91530323
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数万核环境偏微分方程可扩展解法器若干关键技术研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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