技术分享︱基于非结构网格的仿真——太湖之光上的巨大挑战

    一、背景

    在过去数十年中非结构网格被广泛应用于工业仿真领域，例如著名商业CFD软件Fluent以及开源CFD软件OpenFOAM都采用了基于非结构网格的有限体积法，而大多数结构分析软件例如Abaqus、Nastran等都采用了基于非结构网格的有限元法。非结构网格的流行不是没有原因的。几乎所有的工程几何结构都是非常复杂的，结构化网格虽然在精度和收敛性等方面有优势，但复杂几何高质量结构化网格生成的难度和效率却限制了其通用性。相反，非结构网格以其生成快速和适应复杂几何的特性，成为工业仿真领域的主流。

结构化网格（上）

         

与非结构化网格（下）

    二、挑战

    由于数据结构的原因，非结构网格相比于结构化网格，其算法计算访存比更低，同时访存更加离散。另一方面，随着超级计算机架构演变，相较浮点性能的大幅提升，内存带宽日益成为瓶颈，让非结构网格仿真计算更加受限。架构演变也催生了多样的编程模型和加速库。在太湖之光等先进超级计算机上，对非结构网格算法进行优化加速，往往十分复杂且开发量巨大。这四方面的问题，让非结构网格仿真计算在太湖之光上的性能，成为一个巨大的挑战。