Towards reliable LES-CFD computations based on advanced LBM models utilizing (Multi-) GPGPU hardware
Towards reliable LES-CFD computations based on advanced LBM models utilizing (Multi-) GPGPU hardware
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利用(多)GPGPU 硬件,基于先进的 LBM 模型实现可靠的 LES-CFD 计算
DOI:
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发表时间:
2015
期刊:
影响因子:
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通讯作者:
M. Schönherr
中科院分区:
文献类型:
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作者:
M. Schönherr
Ingenieure vieler Fachbereiche setzen sich seit Jahrzehnten mit Stromungsproblemen auseinander. Aufgrund verhaltnismasig groser Skalen und Geschwindigkeiten im Bereich Bauen und Umwelt, handelt es sich dabei in der Regel um transiente bzw. turbulente Stromungen. Leider sind dafur geeignete zeitabhangige Simulationen naturgemas sehr rechenintensiv. Das ausert sich ublicherweise darin, dass fur die Durchfuhrung entsprechender Simulationen „High Performance Computing“ (HPC) Grosrechner eingesetzt werden. Trotz dieser umfangreichen Hardware Ressourcen benotigen die Berechnungen oft mehrere Tage oder sogar Wochen. Mittleren und kleinen Ingenieurburos steht entsprechende Hardware in der Regel nicht zur Verfugung. Um dieser Zielgruppe ebenfalls die Moglichkeit einzuraumen, komplexe Stromungsprobleme zu losen, galt es sinnvolle Alternativen zu entwickeln.
Im ersten Teil wird auf die Gitter Boltzmann Methode eingegangen. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung und Implementierung der Kumulanten Methode (engl. cumulant lattice Boltzmann model) und deren Vorteilen bezuglich der bis dato verwendeten Modellen. Der entwickelte Code wurde neben der Verwendung auf Prozessoren (engl. central processing unit, CPUs) besonders fur die Verwendung auf Grafikkarten (engl. general purpose graphics processing units, GPGPUs) optimiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird auf einige wichtige algorithmische und numerische Optimierungen genauer eingegangen. Dabei wird die an unserem Institut entwickelte Methode mit dem Namen „Esoteric Twist“ vorgestellt, die zu einer Halbierung des Speicherbedarfs gefuhrt hat. Weiterhin wird eine Implementierung mit indirekter Adressierung beschrieben, die ebenfalls zu weiteren Speicher-Einsparungen fuhrte. In den meisten Fallen wird es in einem Stromungsfeld Bereiche geben, die von hoherer Relevanz sind als andere. Ublicherweise mochte man entsprechende Bereiche moglichst hoch aufgelost berechnen, wahrend eine vergleichbare Auflosung in anderen Bereichen unnotig viele Ressourcen bindet. Realisiert wurde diese Anforderung durch ein Verfahren zur Verfeinerung der kartesischen LBM Gitter. Abgeschlossen wird der zweite Teil mit der Beschreibung der entwickelten Multi-GPGPU Losung. Im dritten Teil werden verschiedene numerische Validierungen vorgestellt. Im abschliesenden vierten Teil werden praxisnahe Fragestellungen betrachtet, die nur auf Basis der vorgestellten Implementierungen realisierbar waren.