GPU上计算流体力学的加速.pdf

计 算 机 系 统 应 用 2011 年 第 20 卷 第 1 期 ① GPU 上计算流体力学的加速 1,2 3 1,2 1 董廷星 ，李新亮 ，李 森 ，迟学斌 1 ( 中国科学院 计算机网络信息中心，北京 100190) 2 ( 中国科学院 研究生院，北京 100190) 3 ( 中国科学院 力学研究所，北京 100180) 摘 要：本文将计算流体力学中的可压缩的纳维叶－斯托克斯(Navier-Stokes)，不可压缩的Navier-Stokes 和欧拉 （Euler ）方程移植到NVIDIA GPU 上。模拟了 3 个测试例子，2 维的黎曼问题，方腔流问题和 RAE2822 型的机 翼绕流。相比于 CPU，我们在 GPU 平台上最高得到了 33.2 倍的加速比。为了最大程度提高代码的性能，针对 GPU 平台上探索了几种优化策略。和 CPU 以及实验结果对比表明，利用计算流体力学在 GPU 平台上能够得到 预想的结果，具有很好的应用前景。 关键词：GPU 计算；CUDA ；计算流体力学 Acceleration of Computational Fluid Dynamics Codes on GPU 1,2 3 1,2 1 DONG Ting-Xing , LI Xin-Liang , LI Sen , CHI Xue-Bin 1 (Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) 2 (Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) 3 (LHD, Institute of Mechanics, CAS, Beijing 100180, China) Abstract: Computational Fluid Dynamic (CFD) codes based on incompressible Navier-Stokes, compressible Euler and compressible Navier-Stokes solvers are ported on NVIDIA GPU. As validation test, we have simulated a two-dimension cavity flow, Riemann problem and a transonic flow over a RAE2822 airfoil. Maximum 33.2x speedup is reported in our test. To maximum the GPU code performance, we also explore a number of GPU-specific optimization strategies. It demonstrates GPU code gives the expected results compared CPU code and experimental result and GPU computing has good compatibility and bright future. Keywords: GPU computing; CUDA; CFD 1 引言 (CFD)上得到了广泛应用[4-7] 。本文以计算流体力学中 近年来，图形处理器(GPU)的取得了飞速发展。典 的 三 个 问 题 为 例 子 ， 在 GPU 平 台 上 实 现 型的如 NVIDIA? 公司 Tesla 系列 GPU 已经能达到 Navier-Stokes(N-S)方程和欧拉方程的求解。 1Teraflop/s 的性能[1