46、GPU加速CFD求解器异步日志内核优化与约束气动外形优化

GPU加速CFD求解器异步日志内核优化与约束气动外形优化

在计算流体动力学（CFD）领域，优化求解器的性能一直是研究的重点。本文将介绍两方面的研究内容，一是GPU加速CFD求解器异步日志内核的优化，二是使用神经网络和顺序采样的约束气动外形优化。

GPU加速CFD求解器异步日志内核优化

在之前工作的基础上，研究人员对CFD求解器FaSTAR中异步日志内核的GPU执行进行了改进。通过在日志内核执行中实现混合精度，降低了内存开销。具体做法是减少了它们所处理数组的浮点精度。

精度对结果的影响

将单精度或半精度与参考同步计算进行比较，结果几乎无法区分。进一步分析发现，单精度和半精度的残差略低于参考结果，这是因为它们都是用单精度计算的。在异步执行使用半精度时，部分值被替换为+∞，但总体来说，计算残差时使用降低精度并未影响解的质量。单精度下日志文件的质量几乎相同，半精度在大多数情况下也能得到几乎相同的结果，但有些值无法表示。

性能分析

• 加速比 ：定义加速比η为时间积分循环中花费的壁钟时间之比，即$\eta = \frac{t_{sync}}{t_{async}}$，其中$t_{sync}$与参考同步执行相关，$t_{async}$与不同实现的异步执行相关。
  • 随着单元数量的增加，加速比总体呈下降趋势。因为单元数量增加时，可饱和的空闲线程减少，异步执行效率降低。
  • 不同精度的加速比范围不同，1个域的加速比为1.15 - 1.21，2个域为1.15 - 1.25，4个域为1.17 - 1.27。4个域的计算加速比变化更混乱，