Αριθμητική Επίλυση Προβλημάτων Αεροδυναμικής-Αεροελαστικότητας Σε Επεξεργαστές Καρτών Γραφικών

Abstract

Στη διατριβή αυτή αναπτύχθηκε, προγραμματίστηκε, πιστοποιήθηκε και κυρίως βελτιστοποιήθηκε μία σειρά νέων εκδόσεων επιλυτών των εξ. Navier-Stokes/Euler, για 2Δ/3Δ ροές, συμπεριλαμβανομένων χρονικά μη-μόνιμων ροών και της χρήσης δυναμικά προσαρμοζόμενων υπολογιστικών πλεγμάτων σε επεξεργαστές καρτών γραφικών (GPUs). Ο GPU-επιλύτης χρησιμοποιήθηκε για την επίλυση μεγάλης κλίμακας αεροδυναμικών και αεροελαστικών προβλημάτων σε συστήματα υψηλής υπολογιστικής ισχύος αλλά σχετικά μικρού κόστους κτήσης. Αποτελέσματα της διατριβής που αποτελούν και στοιχεία πρωτοτυπίας είναι (α) η ανάδειξη τρόπων-τεχνικών προγραμματισμού υψηλής παράλληλης απόδοσης GPU-λογισμικού επίλυσης επιστημονικών προβλημάτων σε μη-δομημένα (υβριδικά) πλέγματα, είτε μέσω της βέλτιστης κατάτμησης των υπολογισμών σε παράλληλες διεργασίες που εκτελούνται σε GPUs, είτε μέσω της βέλτιστης διαχείρισης των μνημών της GPU. (β) Η χρήση αριθμητικής μικτής ακρίβειας (MPA), που επιταχύνει την πρόλεξη των αριθμητικών αποτελεσμάτων χωρίς να αλλοιώνει την ακρίβεια των προλέξεων. (γ) Η ιδιαίτερα υψηλή παράλληλη επιτάχυνση, παρά τη χρήση της κεντροκομβικής διατύπωσης της τεχνικής των πεπερασμένων όγκων σε μη-δομημένα πλέγματα, του GPU-επιλύτη που αναπτύχθηκε. Το κέρδος από τη χρήση μίας GPU αντί ενός πυρήνα μίας σημερινής CPU είναι έως και 110x. (δ) Η αποτελεσματική χρήση της πολύ γρήγορης αλλά όχι αποδεκτής ακρίβειας SPA εκδοχής του GPU-επιλύτη εντάσσοντάς την ως συνιστώσα της πολυεπίπεδης βελτιστοποίησης μέσω ΕΑ. (ε) Η παραλληλοποίηση του GPU-επιλύτη σε πολλές κάρτες γραφικών του ίδιου ή διαφορετικών υπολογιστικών κόμβων.