XPS:EXPL:DSD: Language Abstraction, Annotation, Compiler Optimization Techniques for Efficient CFD Computation

XPS:EXPL:DSD:用于高效 CFD 计算的语言抽象、注释、编译器优化技术

基本信息

  • 批准号:
    1533822
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.32万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project seeks to build a novel programming tool that will allow scientists and engineers to design new scientific and engineering application programs that can best utilize today's most powerful computers. This tool will specifically target applications in computational fluid dynamics (CFD), an area that covers a wide range of potential applications such as jet engine design, improving and optimizing micro-manufacturing and "micro-fluidic devices" (such as ink-jet printers), combustion and diesel engine technology, agricultural sewage and irrigation, ink-jet printing, medical diagnostics and DNA analysis. The tool allows the programmers to communicate the distinct nature of their application that can be exploited by the compiler to match any unique hardware features of the computer system on which the program is to be run. This matching could make the program run faster and make more efficient use of resources. The project will help promote interdisciplinary research, teaching, training, and learning by offering the tool to the Computational Science and Engineering (CSE) community. Through facilities supported by National Science Foundation at Purdue University, the tool built for this project will be offered to the high performance computing community as open source software. Tutorials and workshops will be organized in collaboration with Purdue University's Rosen Center for Advanced Computing, targeting the CSE faculty and students both at Purdue and elsewhere.This project investigates novel CFD-specific language abstraction and annotation techniques to enable extensive program transformation aimed at correcting mismatches between program constructs and hardware, leading to significant performance enhancement. A prototyping compiler will be developed to validate the new concepts and to demonstrate the performance advantages.This project will be based on robust models that capture the most significant hardware factors such as communication, cache memory, and SIMD operations. High level specifications are designed such that the programmer can specify to the compiler the high level program semantics without being obscured by layers of subroutine calls. Such specification binds program constructs and data structures at a high level, allowing the compiler to make the best decision concerning communication scheduling and data layout, taking into account communication efficiency, data locality and vector operation efficiency. This project will enable effective program transformation and composition that are applied to a range of important CFD methods and applications, such as jet turbulence simulations that solve the compressible Navier-Stokes equations including multiple chemical species using a high-order compact finite difference scheme; incompressible homogeneous turbulence; compressible homogeneous turbulence based on the FFT algorithm with time advancement in physical space, high-order finite difference schemes, and WENO shock capturing schemes; a phase field-based approach and algorithms for simulating wall-bounded two-phase liquid-gas flows involving free interfaces, surface tension, moving contact lines, and hydro-phobic/-philic walls; algorithms to handle large density ratios and large viscosity ratios of the two fluid phases; and spectral-element simulations of turbulence, flow-induced vibrations, turbulent wakes, and solid structures.
该项目旨在建立一种新颖的编程工具,该工具将允许科学家和工程师设计新的科学和工程应用程序,以最好地利用当今最强大的计算机。 This tool will specifically target applications in computational fluid dynamics (CFD), an area that covers a wide range of potential applications such as jet engine design, improving and optimizing micro-manufacturing and "micro-fluidic devices" (such as ink-jet printers), combustion and diesel engine technology, agricultural sewage and irrigation, ink-jet printing, medical diagnostics and DNA analysis.该工具允许程序员传达其应用程序的独特性质,而编译器可以利用该应用程序,以匹配正在运行程序的计算机系统的任何唯一硬件功能。这种匹配可以使程序运行速度更快,并更有效地利用资源。该项目将通过向计算科学与工程(CSE)社区提供工具来帮助促进跨学科研究,教学,培训和学习。通过普渡大学国家科学基金会支持的设施,为该项目构建的工具将作为开源软件提供给高性能计算社区。教程和讲习班将与普渡大学罗森高级计算中心合作组织,针对Purdue和其他地方的CSE教职员工和学生。该项目调查了新颖的CFD语言摘要和注释技术,以启用旨在更高的程序转型,旨在纠正构造和硬件之间的构造和硬件之间的构造,并具有良好的增强功能,并具有重大的增强性能。将开发一个原型编译器来验证新概念并证明性能优势。此项目将基于捕获最重要的硬件因素(例如通信,缓存内存和SIMD操作)的强大模型。高级规格的设计使得程序员可以向编译器指定高级程序语义的语义,而不会被次级呼叫层所掩盖。此类规范将程序构建和数据结构置于高级别,从而使编译器可以考虑到通信效率,数据局部性和向量操作效率,从而做出有关通信计划和数据布局的最佳决定。该项目将实现有效的程序转换和组成,这些程序和组合物应用于一系列重要的CFD方法和应用,例如使用高阶紧凑型有限差异方案来解决包括多种化学物种,包括多种化学物质的喷气湍流模拟;不可压缩的均匀湍流;基于FFT算法的可压缩均匀湍流,随着物理空间的时间发展,高阶有限差异方案和WENO冲击捕获方案;基于相位的方法和算法,用于模拟墙壁结合的两相液态气流,涉及自由接口,表面张力,移动接触线和水力/恐惧/ - 湿壁;处理两个流体相的较大密度比和较大的粘度比;以及湍流,流动诱导的振动,湍流唤醒和固体结构的光谱元素模拟。

项目成果

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    0
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  • 资助金额:
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  • 批准号:
    0702245
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 27.32万
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  • 批准号:
    0509394
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    2005
  • 资助金额:
    $ 27.32万
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    Continuing Grant
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    0444285
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 27.32万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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手持设备上服务器辅助节能移动计算的编译器方案
  • 批准号:
    0208760
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
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  • 批准号:
    0082834
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    $ 27.32万
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  • 批准号:
    9975309
  • 财政年份:
    1999
  • 资助金额:
    $ 27.32万
  • 项目类别:
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堆叠纳米片全环绕栅极晶体管的ESD损伤机理及鲁棒性增强模型研究
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相似海外基金

社会系教科におけるESDの成果の日独調査:研究・実践の全体像把握と今後の提案
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    2024
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    $ 27.32万
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    2024
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    $ 27.32万
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    2024
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  • 批准号:
    23K20701
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.32万
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  • 批准号:
    23K20175
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.32万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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