面向可压缩流的无结构性高阶双曲型 Galerkin框架

近期，异构 GPU 加速超级计算机的兴起，使得对复杂湍流流动的高阶计算流体动力学（CFD）仿真比以往更易于实现。为了充分利用这些机器的计算能力，CFD 软件必须进行适应。然而， complicating 的因素是日益增长的需求需要支持来自多个 GPU 供应商的硬件。针对这一需求，我们提出了 GPU 加速的、无结构性双曲型 Galerkin谱元方法（DGSEM）框架 GAL{\AE}XI，这是一个面向复杂、可压缩、湍流流动的高阶、开源、无结构性工具链，可在非结构化六面体网格上实现。通过将 Fortran 源代码接口至 NVIDIA 的 CUDA C++ 和 AMD 的 HIP C++，可以在 GPU 硬件上实现加速计算。使用方法制造解（method of manufactured solutions）验证了 GAL{\AE}XI 中 DGSEM 实现的收敛阶数。对可压缩 Taylor-Green-Vortex 仿真表明，该框架在所有支持的硬件架构上均与参考解表现良好。GAL{\AE}XI 在来自 NVIDIA 和 AMD 的 GPU 硬件上实现了近乎理想的强度和弱性比例缩放。在最大案例中，GAL{\AE}XI 在 65,536 台 AMD MI250X 图形计算设备上完成了 671 亿自由度的仿真，平行效率达到 82.6%。在节点间性能比较方面，GPU 仿真在 CPU 计算的时间解中实现了 7.75 倍至 8.08 倍的加速，同时能耗不足一半。为展示 GAL{\AE}XI 在大规模仿真中的有效性，我们计算了面向冲击 buffet 条件的 NACA 64A-110 机翼和 ONERA OAT15A 机翼的壁面解析大涡仿真（wall-resolved large eddy simulations）。