在GPU上使用快速、二阶精确、误差校正的磁流体力学方案磁化quokka代码
Magnetising the quokka code with fast, second-order accurate, error-correcting schemes for magnetohydrodynamics on GPUs
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中文总结 AI 辅助
在quokka代码中实现二阶CT-MHD模块，提出新的EMF计算方案，提升精度、稳定性和GPU吞吐量，支持AMR下无散度磁场。
中文摘要 AI 辅助
我们在开源、自适应网格细化（AMR）、GPU加速的quokka代码中实现了一个具有一阶通量校正的二阶精确约束输运（CT）磁流体力学（MHD）模块，支持理想和电阻（恒定欧姆）两种机制。对于在单元边缘计算和平均电动势（EMF），这是任何CT-MHD方法的基础，我们尝试了各种最新的先进方案，以及不同的重构方案。除此之外，我们开发了一种新的EMF计算方案，该方案比现有方法需要更少的重构步骤。我们基于精度、稳定性和GPU吞吐量评估了这些方案组合，并证明我们的新方案达到了与现有最佳方法相当的精度，在重联主导的流动中具有更高的稳定性，并且GPU吞吐量提高了约25-60%。使用该方案，quokka在各种MHD流动状态下取得了优异的结果，每个GPU每秒超过5000万次单元更新，在超过500个GPU时并行效率超过70%。最后，我们确认我们的CT实现在AMR下保持了无散度磁场（达到机器精度）。
英文摘要
We implement a second-order accurate constrained transport (CT) magnetohydrodynamics (MHD) module with first-order flux correction in the open-source, adaptive mesh refinement (AMR), GPU-accelerated code quokka, supporting both ideal and resistive (constant Ohmic) regimes. For computing and averaging the electromotive forces (EMFs) at cell edges, the basis of any CT-MHD method, we experiment with a wide range of recent, state-of-the-art schemes, together with different reconstruction schemes. Alongside these, we develop a new EMF compute scheme that requires fewer reconstruction steps than existing approaches. We evaluate these scheme combinations on the basis of accuracy, stability, and GPU throughput, and demonstrate that our new scheme achieves accuracy comparable to the best-in-class existing methods, together with greater stability in reconnection-dominated flows and roughly 25--60% higher GPU throughput. Using this scheme, quokka achieves excellent results across a wide range of MHD flow regimes, reaching >50 million cell updates per GPU per second, with >70% parallel efficiency out to >500 GPUs. Finally, we confirm that our CT implementation preserves divergence-free magnetic fields (to machine precision) under AMR.
发表机构
- Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）
- Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn（波恩大学阿尔根德天文学研究所）
- Department of Physics and Astronomy, Michigan State University（密歇根州立大学物理与天文学系）
- Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
