典型结构力学软件GPU加速性能测试与评价-上海超级计算中心.PDF

本期专题：”蜂鸟”超级计算机介绍 19 典型结构力学软件GPU加速性能测试与评估  王惠 郭培卿 陈小龙 上海超级计算中心 上海201203 hwang@ 摘要： 在高性能计算领域，CPU/GPU异构协同处理技术已经成为快速获得计算结果的有效手 段，典型结构力学计算软件ANSYS和Abaqus最新版本中加入了CPU/GPU协同处理技术进一步 提高问题的求解效率。本文利用NVIDIA公司Tesla系列M2090 GPU和上海超级计算中心 “蜂 鸟”超级计算平台，通过求解典型结构问题，对ANSYS和Abaqus软件在开启GPU加速功能前 后对求解效率的影响进行了对比和分析。结果表明：当并行规模低于16核时，GPU加速能够不 同程度的减少各类结构问题的求解时间，随着并行规模的增加，GPU加速性能呈下降趋势，多 GPU协同求解对加速性能的提高并不明显。在实际应用中，需要结合问题类型以及当前硬件架 构选择合适的并行方式和协同处理模式。 关键字：CPU/GPU，协同并行，加速性能，高性能计算 1. 引言 内的众多行业计算程序均已分布支持使用GPU加速 随着计算机应用的日趋复杂，处理问题的规模 的版本。本文围绕典型大规模结构力学计算软件 也越来越大，对计算处理能力的需求也不断上升， ANSYS和Abaqus在GPU加速方面的应用及其在CPU/ 如何快速而有效地提高计算速度已经成为众多领域 GPU异构平台上的表现做出比较和测评，为进一步了 内迫切需要解决的问题。目前，大规模计算普遍采 解GPU加速能力以及GPU在这些软件中的应用提供指 用基于CPU服务器集群并行模式，CPU的低效率和高 导。 耗能为制约并行系统性能提升的主要障碍。随着计 算机硬件技术的飞速发展，图形处理单元GPU的计 2. 典型工程软件与GPU应用 算能力近年来呈几何级数增长，促使通用和工程计 2.1 ANSYS软件与GPU计算简介 算由CPU处理器向CPU/GPU协同处理的方向发展，如 今，GPU已不仅用于图形渲染，还凭借着其出色的浮 ANSYS软件是最常用的有限元求解软件之一， 点计算能力、低能耗高带宽、可靠的并行架构以及 以其求解模块齐全，多物理场实现耦合求解以及实 灵活的可编程性，被越来越多的人用于图形学以外 现协同仿真技术等特点而广受市场欢迎。其核心是 的其他领域上的通用计算。 一系列面向各个领域应用的高级求解器，可以用来 CPU/GPU异构协同处理技术已逐渐成为提升应求解结构、热、压电、声学、以及耦合场以及CFX的 用程序加速性能的有效途径，实际工作中，CPU负责 任意双向流固耦合等问题。ANSYS强大的并行计算 控制作业的启动和终止，GPU负责分担求解繁重的 计算任务并将结果返回给CPU，GPU的协同处理使得 内存并行计算，指单机多CPU的并行计算；DMP是 原有计算效率明显提高。目前NVIDIA，AMD/ATI， 分布内存并行计算，指多机多CPU的并行计算。 Intel等厂商为GPU的推广和应用提供了硬件资源和技 术支持，各大软件公司和研发机构纷纷加强GPU的 ANSYS从13.0版本开始支持GPU计算，14.0开始支持 研发和应用，在工程计算领域，包括CAE，CFD在 多GPU协同计算，并开始支持DMP并行方式，需要留 国家高技术研究发展计划(863计划)课题：2012AA01A308 20 《高性能计算发展与应用》 2012年第三期 总第四十期 意的是，ANSYS并行计算中，每个计算节点仅支持 算平台计算资源包括26台HS23刀片计算节点（Intel 单块GPU卡加速。