Algorithm for the replica redistribution in the implementation of parallel annealing method on the hybrid supercomputer architecture
并行退火方法是大规模模拟的有前途的方法之一，具有潜在的可扩展性的任何并行架构。我们提出了一个实现的算法的混合程序架构结合CUDA和MPI。问题是让所有通用图形处理单元设备尽可能忙于重新分发副本，并高效地完成这一任务。我们提供了在基于Intel Skylake/Nvidia V100的硬件上并行运行超过200万个伊辛模型样本副本的测试细节。结果是相当乐观的，因为随着模拟系统的复杂性的增加，加速度朝着完美的直线增长。
2020-05-31 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
dHybrid: a massively parallel code for hybrid simulations of space plasmas
为了对空间等离子体相互作用进行全球范围的研究，开发了一个大规模并行模拟程序\textit{dHybrid}。该代码是基于一个显式的混合模型，数值稳定性和并行可扩展性的代码进行了研究。一个稳定化方法的显式算法，近零密度的区域，提出。对太阳风与未磁化人造物体相互作用进行了三维混合模拟，重点研究了等离子体云膨胀到太阳风中，产生反磁空腔并将行星际磁场驱离膨胀区的过程。这个系统的动力学可以为其他类似的场景提供见解，例如太阳风与非磁化行星的相互作用。
2006-11-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The static parallel distribution algorithms for hybrid density-functional calculations in HONPAS package
密度泛函混合计算是计算化学和材料科学中最常用的电子结构理论之一，因为它在计算精度和计算成本之间取得了很好的平衡。最近，我们已经开发了一种新的计划，称为NAO 2GTO实现线性标度（N阶）计算的混合密度泛函。在我们的方案中，最耗时的步骤是计算电子排斥积分（ERI）部分。因此，如何在并行实施中创建这些ERI的均匀分布是一个特别重要的问题。在这里，我们提出了两个静态的可扩展分布式算法的ERI计算。首先，ERI分布在ERI壳对上。其次，ERI分布在ERI外壳四元组上。在两种算法中，ERI的计算是相互独立的，因此通信时间最小化。我们展示了我们的加速结果，以证明这些静态并行分布式算法的性能在合肥的N阶包\textit{ab initio}模拟（HONPAS）。
2020-09-08 physics.comp-ph
A Hybrid MPI-OpenMP Parallel Implementation for pseudospectral simulations with application to Taylor-Couette Flow
提出了一种混合并行直接数值模拟方法，并将其应用于湍流泰勒-库埃特流动。在柱坐标系下，采用谱Fourier-Galerkin方法对纳维-斯托克斯方程在轴向和方位角方向进行离散，在径向采用高阶有限差分法进行离散。时间是先进的二阶，半隐式投影方案，这需要五个亥姆霍兹/泊松方程的解决方案，避免交错网格，并呈现非常小的滑移速度。非线性项用拟谱方法计算。使用混合MPI-OpenMP策略并行化代码，该策略更易于实现，减少了节点间通信，并且与平面MPI并行化相比更高效。一个强大的缩放研究表明，混合代码保持非常好的可扩展性超过20000个处理器内核，从而允许在更高的分辨率比以前可行的模拟，并开辟了可能性，以模拟湍流泰勒-库埃特流雷诺数高达$\mathcal{O}(10^5)$。这使得探测流体动力学湍流开普勒流动在实验相关的制度。
2014-07-07 astro-ph.IM physics.comp-ph
A parallel hybrid implementation of the 2D acoustic wave equation
在本文中，我们提出了一个混合并行编程方法的数值解的二维声波方程使用隐式差分格式的单机。计算采用隐式有限差分格式。首先，我们将微分方程转化为隐式有限差分方程，然后使用ADI方法，我们分裂成两个子方程。使用循环约简算法，我们计算出一个近似解。最后，将该算法在GPU、GPU+OpenMP和混合（GPU+OpenMP+MPI）计算平台上进行并行化。特别的重点是提高性能的并行算法计算的加速的执行时间的基础上。我们表明，在混合方法上运行的代码给出了预期的结果，通过比较我们的结果，通过运行相同的模拟在一个经典的处理器核心，CUDA，CUDA+OpenMP实现。
2020-06-17 cs.NA math.AP math.NA
Particle resolved simulation of sediment transport by a hybrid parallel approach
采用混合并行粒子模拟方法研究了可蚀性河床上的泥沙输移问题。为了克服传统区域分解法在泥沙输运中遇到颗粒分布高度不均匀时负荷不平衡的挑战，提出了Darmana等的并行方法。（2006）最初是为点粒子模拟开发的，被修改并实现为粒子分辨模拟。提出了一种新的内存优化技术，以减少相同大小的球形粒子的混合方法的内存需求。在具有超过一百万个球形颗粒的具有挑战性的沉积物输运测试案例中，本混合并行方法显示出良好的可扩展性和高并行效率。我们的代码进行了验证，通过几个基准的情况下，结果显示出良好的协议与文献中的实验和计算数据。此外，还模拟了可蚀性泥沙床面上的湍流。提出了一种区分跃移和滚动颗粒的提取方法，并提取了颗粒-移动床相互作用的冲击和反弹信息。给出了冲击和反弹过程中速度、角度和展向角速度等跃移参数的概率分布函数。建立了湍流中颗粒-移动床相互作用的飞溅函数，这一实验研究较少，有助于模拟湍流中复杂的颗粒-床相互作用。
2022-07-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enabling Simulation of High-Dimensional Micro-Macro Biophysical Models through Hybrid CPU and Multi-GPU Parallelism
微观-宏观模型为研究微观机制与宏观涌现行为之间的关系提供了强有力的工具。然而，详细的微观建模可能需要以高计算成本跟踪和演化高维配置空间。在这项工作中，我们提出了一个并行算法模拟一个高维的微观宏观模型的滑动运动检测。我们采用了一种整体方法，将数据驻留和模拟规模与混合CPU和多GPU硬件相结合。通过结合算法修改、GPU优化和扩展到多个GPU，我们实现了比以前的混合CPU-GPU实现高达27的加速因子，比我们的单线程实现高达540的加速因子。这种方法使微观宏观模拟的复杂性和分辨率高于其他可行的方法。
2019-08-12 cs.DC physics.comp-ph q-bio.QM
DFT-FE 1.0: A massively parallel hybrid CPU-GPU density functional theory code using finite-element discretization
我们提出了DFT-FE 1.0，建立在DFT-FE 0.6 [计算。物理通信246，106853（2020）]，在众核CPU和混合CPU-GPU计算架构上进行快速准确的大规模密度泛函理论（DFT）计算（达到~ $100,000$电子）。这项工作涉及实空间公式的改进-通过改进静电相互作用的处理，大大提高了计算效率-以及高性能计算方面，包括DFT-FE中所有关键计算内核的GPU加速。我们证明的准确性，通过比较基态能量，离子力和细胞应力对广泛使用的DFT代码获得的基准系统。此外，我们证明了我们的实现，这产生$\sim 20 \times$ CPU-GPU的加速，通过使用GPU加速混合CPU-GPU节点的数值效率。值得注意的是，由于并行缩放的GPU实现，我们获得的壁时间$80-140$秒的完整的基态计算，具有严格的精度，基准系统包含~ $6,000-15,000$电子。
2022-03-21 physics.comp-ph
Hybrid Parallelization of Euler-Lagrange Simulations Based on MPI-3 Shared Memory
欧拉-拉格朗日方法在非结构网格上的使用将其应用范围扩展到更通用的设置。然而，缺乏规则的拓扑结构限制了分布式并行方法的可扩展性，特别是对于在空间中执行物理搜索的例程。最显著的减速之一是为了避免运行时通信而在物理空间中搜索光晕元素。在这项工作中，我们提出了一个新的通信自由晕元素搜索算法，利用MPI-3共享内存模型。这种新的方法消除了严重的性能瓶颈的多对多的通信在初始化过程中相比，分布式并行化的方法，并扩展了可能的应用超出了以前的方法所能实现的。在这些数据结构的基础上，我们提出了有效的粒子发射方法，粒子场耦合的可扩展沉积方案和延迟隐藏方法。所提出的算法的缩放性能进行了验证，通过等离子体动力学模拟的开源框架上的大规模并行系统，表现出高达80%的效率上131000个核心。
2022-03-25 physics.comp-ph
Hybrid Adaptive Ray-Moment Method (HARM$^2$): A Highly Parallel Method for Radiation Hydrodynamics on Adaptive Grids
我们提出了一种高度并行的多频混合辐射流体动力学算法，该算法结合了空间自适应的长特征方法的辐射场从点源与矩量法，处理由体积填充流体产生的漫辐射场。我们的混合自适应射线矩量法（HARM $^2$）基于补丁的自适应网格上运行，是兼容异步时间步进，并与任何时刻的方法。与以前的长特征方法相比，我们通过开发一种新的完全异步和非阻塞的通信算法，大大提高了自适应长特征方法的并行性能。作为这种改进的结果，我们的实现达到了近乎完美的扩展到分布式内存机器上的$\mathcal{O}(10^3)$处理器。我们提出了一系列的测试，以证明该方法的准确性和性能。
2016-07-06 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.comp-ph
Massively Parallel Tensor Network State Algorithms on Hybrid CPU-GPU Based Architectures
本文提出基于CPU-GPU混合架构的大规模并行张量网络态算法，通过新颖算法与实现细节扩展HPC上TNS算法的极限，并以DMRG模拟验证于强关联分子体系，处理维度高达2.88×10^36的希尔伯特空间。
2023-05-09 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
PHARE : Parallel hybrid particle-in-cell code with patch-based adaptive mesh refinement
本文提出PHARE代码，将混合PIC方法与分块自适应网格细化结合，在笛卡尔网格层级上动态解析多尺度无碰撞磁化过程中的感兴趣区域，并完成均匀、固定细化及动态细化网格下的验证。
2023-10-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Parallel hybrid quantum-classical machine learning for kernelized time-series classification
本研究提出时间序列哈密顿核（TSHK）与混合量子-经典-凸神经网络（QCC-net），通过可微凸优化进行多核加权，结合SVM实现时间序列分类，并在127量子比特超导量子处理器上验证了量子多编程的高效并行部署。
2024-02-17 physics.comp-ph quant-ph
Efficient and Scalable Algorithms for Smoothed Particle Hydrodynamics on Hybrid Shared/Distributed-Memory Architectures
本文介绍了一种新的快速和隐式并行的方法来寻找邻居的多分辨率光滑粒子流体动力学（SPH）模拟。这种新方法是基于分层细胞分解和排序的相互作用，在一个基于任务的配方。它被证明是比传统的基于树的代码更快，并扩展比域分解为基础的方法在混合共享/分布式存储器并行架构，例如集群的多核，实现了$40\times$加速的小工具-2模拟代码。
2014-04-08 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
A fully parallel, high precision, N-body code running on hybrid computing platforms
我们提出了一个新的实现的数值积分的经典，引力，N体问题的基础上的高阶厄米积分计划块时间步长，直接评估的粒子-粒子力。此代码（称为HiGPU）的主要创新是其完全并行化，在多核中央处理器的使用中利用了OpenMP和MPI，以及用于托管图形处理器的计算统一设备架构（CUDA）或OpenCL。我们在意大利超级计算联盟CINECA提供的超级计算机IBM iDataBase DX 360 M3 Linux Infiniband Cluster中使用多达256个GPU测试了代码的性能和准确性，N值高达800万。我们能够跟踪一个800万个物体的系统的进化，只需要几次交叉，这是以前直接求和代码无法完成的任务。科学界可免费获得该守则。
2012-07-11 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
