基于GPU的顆粒離散元計(jì)算方法研究.pdf

1、離散元方法(Discrete Element Method)是將計(jì)算的對(duì)象離散成大量相互獨(dú)立的單元，并定義單元間相互作用的方法。通過離散元的方法可以解決很多現(xiàn)實(shí)中的問題，如模擬泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在解決DEM問題上存在著局限性。尤其是在大規(guī)模DEM計(jì)算上，近些年發(fā)展緩慢。
　　本文是基于GPU實(shí)現(xiàn)大規(guī)模DEM的并行計(jì)算。目前，并行計(jì)算是提高算法性能的主要方式，無論是大規(guī)模集群系統(tǒng)還是個(gè)人電腦，甚至是智能手

2、機(jī)，都將性能的提升寄托于并行計(jì)算。曾主要用于計(jì)算機(jī)可視化和圖形圖像處理的GPU芯片，內(nèi)部具有大量的并行計(jì)算單元，有著天然的并行優(yōu)勢(shì)。
　　并行計(jì)算在大規(guī)模離散元計(jì)算方面有著重要的意義。本文的并行計(jì)算過程中是基于大規(guī)模的顆粒離散元基于GPU平臺(tái)，通過CUDA編程工具，完成了包括顆粒與三角形邊界面碰撞檢測(cè)和數(shù)據(jù)更新的并行判斷，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是由CPU和GPU來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于計(jì)算前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)的輸出都是有CPU來完成的，其中主要的接觸

3、判斷和力學(xué)計(jì)算是由GPU來完成。顆粒數(shù)量可達(dá)到百萬級(jí)別的，通過與串行系統(tǒng)的比較，計(jì)算出加速比，通過顆粒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)軟件對(duì)系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了顯示。
　　本文通過多種方法進(jìn)行對(duì)并行計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，通過使用NVIDIA Profiler對(duì)并行計(jì)算的三個(gè)主要的內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的函數(shù)使用不同的優(yōu)化方式，在顆粒與顆粒的接觸判斷核函數(shù)中，鄰居的搜索是關(guān)鍵，通過對(duì)網(wǎng)格法的計(jì)算，確定出最優(yōu)的并行模式下網(wǎng)格劃分，優(yōu)化后