可扩展至数十万核的全隐式时空耦合并行区域分解算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91330111
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    70.0万
  • 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:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Petascale supercomputers are extremely powerful, and the architecture is so complex that traditional parallel algorithms cannot be straightforwardly implemented with such a high level of scalability. The scalability issue is becoming a bottleneck in high performance computing, and this makes the study of highly scalable algorithms and the corresponding software a very important task. In the proposed project, we plan to investigate a class of important applications, namely the control of fluid flows using some fully implicit, coupled space-time domain decomposition algorithms, as well as the nonlinear Newton-Krylov solver. The coupled space-time approach provides more much parallelism than the standard space-only domain decomposition methods, and is therefore more suitable for supercomputers with a very large number of heterogeneous processors. We will develop several critical algorithms and software for the target application problems and study their performance on machines including the current Tianhe and Xingyun with 10,000-100,000 processor-cores. The work will provide valuable experiences for the future development of scalable algorithms and software on petascale, or even exascale, computers and their applications in China.
由于千万亿次级超级计算机具有庞大的系统规模和复杂的体系结构,传统的并行算法和预条件子技术难以直接移植并实现较高的可扩展性,加强面向千万亿次科学计算的基础研究,特别是可扩展算法和应用软件实现技术的研究,成为高性能计算领域急需突破的瓶颈。本项目拟针对计算流体力学中最典型也是最难的一类应用——流体控制问题,结合全隐式的时空并行算法、区域分解算法和全耦合的Newton-Krylov类方法,兼顾并行数值算法的创新和适应异构、众核环境的并行程序设计和优化技术,进行面向千万亿次超级计算机的大规模可扩展算法研究;力争在以天河、星云等为代表的国产千万亿次超级计算机上,高效实现数十万核的可扩展性以及数百亿未知数规模以上的大规模数值模拟,为面向千万亿次科学计算的可扩展算法和应用软件实现技术提供思路,努力推动国产超级计算机的应用。

结项摘要

本项目针对计算流体力学中的两类典型应用——流体控制问题和非稳态反问题,充分考虑大型异构系统的发展趋势及以重点应用领域的问题特征,深入研究基于时空并行区域分解框架的隐式求解方法。在以天河等为代表的国产千万亿次超级计算机上,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,高效实现了好的可扩展性以及数亿未知数规模以上的大规模数值模拟。相关成果发表在国际SCI期刊《SIAM Journal on Scientific Computing》, 《SIAM Journal on Numerical Analysis》, 《Journal of Scientific Computing》,《Computers and Fluids》和《Inverse Problems and Imaging》上。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Fast Linearized Augmented Lagrangian Method for Euler’s Elastica Model
欧拉 Elastica 模型的快速线性化增广拉格朗日方法
  • DOI:
    10.4208/nmtma.2017.m1611
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Numer. Math. Theor. Meth. Appl
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊
  • 通讯作者:
    张俊
A Nonlinearly Preconditioned Inexact Newton Algorithm for Steady State Lattice Boltzmann Equations
稳态格子玻尔兹曼方程的非线性预条件不精确牛顿算法
  • DOI:
    10.1137/15m1028078
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    SIAM Journal on Scientific Computing
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Huang Jizu;Yang Chao;Cai Xiao-Chuan
  • 通讯作者:
    Cai Xiao-Chuan
高可扩展区域分解算法及其在流体模拟和优化问题中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国科学: 数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈荣亮;蔡小川
  • 通讯作者:
    蔡小川
Parallel two-level domain decomposition based Jacobi-Davidson algorithms for pyramidal quantum dot simulation
基于并行两级域分解的金字塔量子点模拟雅可比-戴维森算法
  • DOI:
    10.1016/j.cpc.2016.03.009
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Computer Physics Communications
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Zhao, Tao;Hwang, Feng-Nan;Cai, Xiao-Chuan
  • 通讯作者:
    Cai, Xiao-Chuan
A parallel space-time domain decomposition method for unsteady source inversion problems
非定常源反演问题的并行时空域分解方法
  • DOI:
    10.3934/ipi.2015.9.1069
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Inverse Problems and Imaging
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Deng, Xiaomao;Cai, Xiao-Chuan;Zou, Jun
  • 通讯作者:
    Zou, Jun

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其他文献

形状优化问题的并行两水平区域分解法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    International Journal for Numerical Methods in Engineering
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    陈荣亮;蔡小川
  • 通讯作者:
    蔡小川

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

蔡小川的其他基金

求解时间依赖问题的隐式时空并行 Schwarz 算法研究
  • 批准号:
    11726635
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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