一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，属于土木工程防灾减灾技术领域。该方法包括基于图形处理单元GPU的线性方程求解和动态荷载均衡策略两部分。线性方程组求解是震害分析中最耗时的部分。利用GPU并行计算优势，针对单个高层建筑震害分析提出了基于GPU的线性方程组求解算法，并借助开源震害分析平台OpenSees进行算法开发，实现高层建筑单体分析的并行加速；基于此，提出适用于高层建筑群的动态负载均衡策略，将不同高层建筑单体计算任务合理分配个不同的GPU，利用GPU集群实现高层建筑群分布式计算。以50个高层建筑为对象，本发明专利技术基于GPU的分布式计算效率要比单机效率提高52倍。本发明专利技术为高层建筑群的震害分析提供了高性能的计算手段。

A method of seismic damage analysis of high-rise buildings based on GPU and distributed computing

The invention provides a seismic damage analysis method for high-rise buildings based on GPU and distributed computing, which belongs to the field of disaster prevention and disaster reduction in civil engineering. The method consists of two parts, which are linear equation solution based on graphic processing unit GPU and dynamic load balancing strategy. The solution of linear equations is the most time-consuming part of the earthquake damage analysis. The use of GPU parallel computing advantages, according to the analysis of single high-rise building damage is proposed to solve linear equations based on the GPU algorithm, and with the help of the open source seismic analysis platform OpenSees algorithm development, realize the parallel single analysis of high-rise buildings accelerated; based on this, dynamic load balancing strategy is proposed for the high-rise buildings, different single high-rise building to calculate rational allocation of tasks different GPU, realization of high-rise buildings distributed computing using GPU cluster. Based on 50 high-rise buildings, the GPU based distributed computing efficiency is 52 times higher than the efficiency of the single machine. The invention provides a high performance calculation method for the seismic damage analysis of the high-rise building group.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法
本专利技术涉及土木工程防灾减灾
，特别是指一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法。
技术介绍
高层建筑群是人员和财产的高度汇集区域，同时也会成为一个城市的名片，如北京的国贸区域，对于整个城市具有极其重要的地位和价值，其防灾重要性不言而喻。然而，在全国660个城市中，位于地震区的占74.5％，约有一半城市位于基本烈度7度及以上地区。因此，地震是高层建筑群重要自然灾害威胁。非常有必要对高层建筑群进行震害分析，为应急管理、防灾规划等提供重要依据。然而，高层建筑震害分析模型一般比较庞大，导致震害分析的计算量很大。例如，一些高层建筑一次震害分析需要几十，甚至上百小时。高层建筑群一般具有几十到上百栋建筑，震害分析的计算量相当庞大，需要高性能的计算技术。日本东京大学地震研究中心Hori教授采用超级计算机来解决高层建筑群的计算难题(YamashitaT,KajiwaraK,HoriM.Petascalecomputationforearthquakeengineering.ComputSciEng2011；13:44–9.)。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：包括基于GPU的线性方程求解和动态荷载均衡策略两部分，具体过程如下：(1)基于GPU的线性方程求解：采用开源震害分析平台OpenSees作为震后分析平台，以GPU加速求解作为技术手段；首先，在OpenSees中建立集成器LinearSOE，用于存储地震分析中的线性方程组数据；然后，将数据由主机内存复制到GPU显存中；设计求解器LinearSOESolver，以调用GPU的大量核心来进行线性方程组的并行求解；最后，将线性方程组的求解结果从GPU显存复制到主机内存中，完成后续的震害分析；(2)动态荷载均衡策略：使用一组配有GPU的计算...

【技术特征摘要】
1.一种基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：包括基于GPU的线性方程求解和动态荷载均衡策略两部分，具体过程如下：(1)基于GPU的线性方程求解：采用开源震害分析平台OpenSees作为震后分析平台，以GPU加速求解作为技术手段；首先，在OpenSees中建立集成器LinearSOE，用于存储地震分析中的线性方程组数据；然后，将数据由主机内存复制到GPU显存中；设计求解器LinearSOESolver，以调用GPU的大量核心来进行线性方程组的并行求解；最后，将线性方程组的求解结果从GPU显存复制到主机内存中，完成后续的震害分析；(2)动态荷载均衡策略：使用一组配有GPU的计算机实现高层建筑群的分布式计算，其中，一台计算机被分为一个Host，余下的为Slaves，Host负责给每一个Slave分配计算任务，Slave负责执行具体的计算任务；选择未分配任务中荷载最大的任务分配给当前负载最轻的Slave。2.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中GPU加速的线性方程组求解器的编写原则为：首先，通过集成器在主机内存收集线性方程组数据，拷贝到显存中，再通过求解器进行并行计算，最后，将求解结果返回的主机内存中；其中，集成器和求解器分别设计。3.根据权利要求1所述的基于GPU和分布式计算的高层建筑群震害分析方...

【专利技术属性】
技术研发人员：许镇，袁静雨，张宗才，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11