XFLUIDS：基于 SYCL 的统一跨架构异构可压缩反应流模拟求解器
计算物理
2024-07-11 v2
摘要
我们提出了一种跨架构高阶异构 Navier-Stokes 模拟求解器 XFluids，用于在不同平台上模拟可压缩反应多组分流。多组分反应流广泛存在于许多科学和工程应用中，但其数值模拟通常耗时较长，难以捕捉潜在的多尺度特征。尽管异构加速计算对这些流的大规模模拟显著有益，但如何有效利用市场上具有不同架构和编程模型的各种异构加速器仍然是一个挑战。为此，我们使用 SYCL 开发了 XFluids，直接针对不同设备进行加速，无需翻译任何源代码。我们提出了多种优化技术以提高 XFluids 的计算性能，包括自适应范围分配、部分本征系统重构、热点设备函数优化等。该求解器已开源，并在来自不同主流厂商的多种 GPU 上进行了测试，显示出高可移植性。通过各种基准案例，证明了 XFluids 的准确性，与现有的 GPU 编程模型（如 CUDA 和 HIP）相比，效率几乎没有损失。此外，利用 MPI 库将求解器扩展至多 GPU 平台，并支持启用 GPU 的 MPI。在此基础上，XFluids 在 1024 个 GPU 上的多 GPU 设备弱扩展性超过 95%。最后，我们使用高分辨率网格模拟了惰性和反应性多组分激波 - 气泡相互作用问题，以研究反应效应对气泡演化过程中混合、涡旋拉伸和形状变形的影响。
引用
@article{arxiv.2403.05910,
title = {XFLUIDS: A SYCL-based unified cross-architecture heterogeneous simulation solver for compressible reacting flows},
author = {Jinlong Li and Shucheng Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.05910},
year = {2024}
}