Implementation of parallel calculations on graphics processor units in the LOGOS computational fluid dynamics package

Authors

  • K.N. Volkov
  • V.N. Emelyanov
  • P.G. Smirnov
  • I.V. Teterina
  • A.S. Kozelkov
  • Yu.N. Derugin
  • A.G. Karpenko

Keywords:

graphics processor unit
parallel algorithm
gas dynamics
finite volume method
unstructured mesh
CUDA technology
LOGOS package

Abstract

A number of tools for the numerical simulation of three-dimensional flows of viscous compressible gas with the use of graphics processor units are developed. The finite volume method implemented in the LOGOS package is used to solve the Navier-Stokes equations on unstructured meshes. Different methods for the flux calculations through faces of finite volumes and features of implementation of a turbulence model are considered. The CUDA technology is used to implement parallel numerical algorithms. The solutions to some benchmark problems of internal and external gas dynamics are discussed. The speed-up of calculations performed on graphics processor units compared to the calculations performed on the corresponding central processor unit is analyzed.

New computational technologies

Downloads

Published

2013-08-29

Issue

Vol. 14 (2013): Issue 3.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

K.N. Volkov

D.F. Ustinov Baltic State Technical University «Voenmekh»
• Leading Researcher

V.N. Emelyanov

D.F. Ustinov Baltic State Technical University «Voenmekh»
• Professor

P.G. Smirnov

D.F. Ustinov Baltic State Technical University «Voenmekh»
• PhD Student

I.V. Teterina

D.F. Ustinov Baltic State Technical University «Voenmekh»
• Associate Professor

A.S. Kozelkov

Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Scientific Research Institute of Experimental Physics
• Head of Department

Yu.N. Derugin

Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Scientific Research Institute of Experimental Physics
• Head of Department

A.G. Karpenko

St Petersburg University,
Mathematics and Mechanics Faculty
Universitetsky prospekt, 28, Peterhof, St. Petersburg, 198504, Russia
• PhD Student

References

  1. Исаев С.А., Судаков А.Г., Баранов П.А., Усачов А.Е., Стрижак С.В., Лоханский Я.К., Гувернюк С.В. Разработка, верификация и применение основанного на многоблочных вычислительных технологиях распараллеленного пакета открытого типа VP2/3 для решения фундаментальных, прикладных и эксплуатационных задач аэромеханики и теплофизики // Вестник ЮУрГУ. Математическое моделирование и программирование. 2009. № 17. Вып. 3. 59-72.
  2. Смирнов Е.М., Зайцев Д.К. Метод конечных объемов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2004. № 2. 70-81.
  3. Абалакин И.В., Бахвалов П.А., Горобец А.В., Дубень А.П., Козубская Т.К. Параллельный программный комплекс NOISETTE для крупномасштабных расчетов задач аэродинамики и аэроакустики // Вычислительные методы и программирование. 2012. 13, № 2. 222-237.
  4. Козелков А.С., Дерюгин Ю.Н., Зеленский Д.К., Глазунов В.А., Голубев А.А., Денисова О.В., Лашкин С.В., Жучков Р.Н., Тарасова Н.В., Сизова М.А. Многофункциональный пакет программ ЛОГОС для расчета задач гидродинамики и тепломассопереноса на суперЭВМ. Базовые технологии и алгоритмы // Сборник трудов XII Международного семинара «Супервычисления и математическое моделирование». 11-15 октября 2010. Саров, Россия. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. 215-230.
  5. Brandvik T., Pullan G. An accelerated 3D Navier-Stokes solver for flows in turbomachines // ASME Paper. 2009. N. GT2009-60052.
  6. Corrigan A., Camelli F., LHohner R., Wallin J. Running unstructured grid-based CFD solvers on modern graphics hardware // AIAA Paper. 2009. N. 2009-4001.
  7. Corrigan A., Camelli F., LHohner R., Mut F. Semi-automatic porting of a large-scale Fortran CFD code to GPUs // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2012. 69, N 2. 314-331.
  8. Kampolis I.C., Trompoukis X.S., Asouti V.G., Giannakoglou K.C. CFD-based analysis and two-level aerodynamic optimization on graphics processing units // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2010. 199, N 9-12. 712-722.
  9. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г., Курова И.В., Серов А.Е., Смирнов П.Г. Численное решение задач гидродинамики на графических процессорах общего назначения // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14, № 1. 59-67.
  10. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г., Смирнов П.Г., Тетерина И.В. Реализация метода конечных объемов и расчет течений вязкого сжимаемого газа на графических процессорах // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14, № 1. 160-171.
  11. Mavriplis D.J. Unstructured mesh discretizations and solvers for computational aerodynamics // AIAA Paper. 2007. N. 2007-3955.
  12. Волков К.Н. Дискретизация уравнений Навье-Стокса на неструктурированной сетке при помощи метода контрольного объема и разностных схем повышенной разрешающей способности // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2008. 48, № 7. 1250-1273.
  13. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008.
  14. Liu C.H., Li Y. Turbulence modeling for computing viscous high-Reynolds-number flows on unstructured meshes // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2001. 190, N 40. 5325-5339.
  15. Горобец А.В., Суков С.А., Железняков А.О., Богданов П.Б., Четверушкин Б.Н. Применение GPU в рамках гибридного двухуровневого распараллеливания MPI+OpenMP на гетерогенных вычислительных системах // Параллельные вычислительные технологии. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. 452-460.