一种用于多体耗散粒子动力学模拟纳米多孔源岩中流动的 GPU 加速软件包
计算物理
2019-09-13 v1
摘要
源页岩中烃类流动的介观模拟具有挑战性，部分原因在于异质页岩孔隙的尺寸从几纳米到几微米不等。此外，必须捕捉纳米到微米尺度页岩孔隙中物理与化学上复杂的亚连续介质流体-流体与流体-固体相互作用。为应对这些挑战，我们提出了一个 GPU 加速软件包，用于通过多体耗散粒子动力学（mDPD）介观模型模拟纳米到微米孔隙网络中的流动。基于完全分布式并行范式，该代码将所有密集型工作负载卸载到 GPU 上。其他进展，如智能粒子填充和复杂孔隙几何中的无滑移边界条件，也已实现，用于从 3D 纳米分辨率堆叠图像构建和模拟真实页岩孔隙。我们的代码经准确性验证，并与 CPU 对应代码进行加速对比。在我们的基准测试中，该代码在橡树岭国家实验室（ORNL）的 Titan 超级计算机上多达 512 块 K20X GPU 上实现了近乎完美的强缩放与弱缩放（多达 5.12 亿粒子）。此外，在 ORNL 的 SummitDev 和 IBM 的 AC922 上的单 GPU 基准测试表明，主机到设备的 NVLink 可比 PCIe 提升高达 40\% 的性能。最后，我们通过真实页岩孔隙中的流动模拟表明，CPU 对应代码需要 840 个 Power9 核心才能匹敌我们的软件包在 ORNL 的 Summit 架构上用四块 V100 GPU 所提供的性能。该模拟软件包使得针对具有真实孔隙几何的纳米到微米多孔岩石中复杂流动现象的调查能够实现快速周转和高通量介观数值模拟。
引用
@article{arxiv.1903.10134,
title = {A GPU-accelerated package for simulation of flow in nanoporous source rocks with many-body dissipative particle dynamics},
author = {Yidong Xia and Ansel Blumers and Zhen Li and Lixiang Luo and Yu-Hang Tang and Joshua Kane and Hai Huang and Matthew Andrew and Milind Deo and Jan Goral},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.10134},
year = {2019}
}