基于MPI的机群并行计算系统平台构建

在高性能计算机领域,机群并行系统已成为一种重要的系统结构。这里介绍了机群并行系统的特点和发展现状;给出了将PC机或工作站通过高速以太网连接,使用TCP/IP作为标准的通信协议,利用MPI作为分布式的并行计算软件环境,在Windows平台和Unix平台上搭建用户自己的PC机群系统的两种方法;还给出了MPI安装中需要注意的关键步骤。实践表明,PC机群系统具有高性能、高可用性和极高的性价比。     

螺旋坐标下的因子分解合成炮叠前深度偏移

在合成炮叠前深度偏移的基础上，提出了一种高效的合成炮叠前深度偏移方法，即在螺旋坐标下用因子分解进行波场外推的混合法. 用因子分解进行波场外推分为因果过程和反因果过程两个显式求解过程. 这种螺旋坐标下的显式求解过程,提高了波场外推的效率. 根据相位编码原理,对多个射线参数的合成波场进行了编码叠加,基于射线参数实现了MPI并行计算,进一步提高了计算效率. 在推导了有关公式并进行定量分析之后,对Marmousi复杂模型进行了计算,并作了比较,结果表明本文方法具有精度高和速度快的特点,可用于实际资料的计算.     

Parallelization of the distinct lattice spring model

The distinct lattice spring model (DLSM) is a newly developed numerical tool for modeling rock dynamics problems, i.e. dynamic failure and wave propagation. In this paper, parallelization of DLSM is presented. With the development of parallel computing technologies in both hardware and software, parallelization of a code is becoming easier than before. There are many available choices now. In this paper, Open Multi‐Processing (OpenMP) with multicore personal computer (PC) and message passing interface (MPI) with cluster are selected as the environments to parallelize DLSM. Performances of these parallel DLSM codes are tested on different computers. It is found that the parallel DLSM code with OpenMP can reach a maximum speed‐up of 4.68× on a quad‐core PC. The parallel DLSM code with MPI can achieve a speed‐up of 40.886× when 256 CPUs are used on a cluster. At the end of this paper, a high‐resolution model with four million particles, which is too big to handle by the serial code, is simulated by using the parallel DLSM code on a cluster. It is concluded that the parallelization of DLSM is successful. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

高精度混合法叠前深度偏移及其并行实现

叠前深度偏移是复杂构造成像的重要手段.本文基于波场分裂理论,首先给出了波场延拓的一般方程,即一个上下行波的耦合方程组.通常所用的波场延拓方程就是该耦合方程组的特例.根据平方根算子的近似,推导了一种新的高精度混合法偏移方法,用分裂法即可进行计算.通过对一个横向强烈变速模型的叠后偏移及Marmousi复杂构造模型的叠前偏移计算,说明了方法的有效性,精度较高.采用MPI并行编程实现并行计算,提高了计算效率.该方法可用于对横向强烈变速的复杂构造的精确成像.     

AMSR-E微波极化指数与MODIS植被指数关系研究

首先，利用辐射传输方程对微波极化指数（MPI，Microwave Polarization Index)进行推导，以AMSR-E像元经纬度为控制条件，采集与之对应的MODIS植被指数（ LAI/NDVI），并将其平均值作为AMSR-E对应像元的值； 然后，对AMSR-E微波极化指数与LAI/NDVI进行相关分析。结果表明，MPI与LAI/NDVI之间存在着指数关系，而且频率越低，相关性越好。     

三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟

有限差分法在三维粘弹性复杂介质正演模拟地震波的传播中对计算机内存和计算速度要求比较高,单个PC机或工作站只能计算较少网格内短时间的波场。本文介绍一种基于MPI的并行有限差分法,可在PCCluster上模拟较大规模三维粘弹性复杂介质中地震波传播时的波场;可预测地震波在此类条件下传播时的运动学和动力学性质。对于更好地理解波动传播现象,解释实际地震资料及反问题的解决等均具有重要的理论与实际意义。     

MPI环境下基于边界校正方法的海洋模型的并行化

基于区域分解技术,设计了一种针对海洋模型的边界校正方法,该方法不需要对原有海洋模型进行较大改动,只需要利用消息传递接口(message passing interface,MPI)编写子区域间的数据传输模块,即可实现原有海洋模型的并行化。相对于重新开发并行系统,该方法能够较快把原有模型的串行解决方案转化为并行解决方案,并且并行化后的海洋模型能够获得较高的加速比。     

利用MPI实现多幅点云ICP并行配准

迭代最近点算法（ICP）是一种用于点云精确配准的经典算法。针对多幅点云进行ICP配准存在耗时多、效率低的问题,本文利用消息传递接口MPI对多幅点云进行分批并行配准。首先并行求解相邻两幅点云的相邻变换矩阵,然后计算每幅点云在当前批次的局部变换矩阵,最后获得每幅点云的全局变换矩阵。本文以DELL PowerEdge R730服务器为计算平台,对空间点总规模达四千多万的65幅点云进行了分批并行配准。试验结果表明：利用MPI对多幅点云进行分批处理可显著加快配准速度,最优进程数为计算机的核数时,加速比为5.3。     

球谐分析及合成并行计算

本文介绍了球谐合成和分析问题的数值计算原理,研究分析了其内在的并行性,提出了区域划分和聚合通信的并行计算策略。基于傅立叶变换技术,应用MPI(消息传递接口)并行编程模式,实现了球谐分析及合成计算的并行化。实验结果表明,较之串行实现,并行实现大大缩短了计算时间,获得了近似线形加速比,取得很高的并行效率。     

景观指数的并行计算方法

随着地理信息科学和系统的发展,GIS数据的时空分辨率和数据量呈现爆炸式的增长趋势。传统的基于个人计算机的景观指数计算软件难以有效快速地完成海量数据的空间分析。针对该问题,本文提出了一个高效的景观指数并行计算方法。首先对原有的并查集连通域标记算法进行了2点改进：① 在第2次遍历数据时,增加了计算斑块面积、周长等斑块基本信息的功能,为景观指数的计算提供必要参数;② 在第2次遍历过程中,增加了重新标记连续序号的功能,减少了原有算法在合并操作后造成的序号不连续,需要重新遍历数据的开销。在此基础上,本文利用MPI并行编程库,采用数据分割和主从进程协同的并行计算模式实现了景观指数的并行计算。实验表明,在保证计算正确性的基础上,本文的并行算法大幅度提高了景观指数的计算性能,为快速分析大规模数据的景观形态和格局提供了有效手段。