一种数理方程解算构件及并行软件研发方法与系统技术方案

本文涉及高性能数值模拟技术领域，尤其涉及一种数理方程解算构件及并行软件研发方法与系统。其中数理方程解算构件基于并行计算构件研发，并通过数理方程解算构件接口将物理建模插件单元，工程模板插件单元，数值离散解算单元三类单元隔离，实现并行数值模拟软件研发的复杂度降低的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种数理方程解算构件及并行软件研发方法与系统
本文涉及高性能数值模拟
，尤其涉及一种数理方程解算构件及并行软件研发方法与系统。
技术介绍
高性能数值模拟是科学研究和工程设计的必要研究手段，并行软件是高性能数值模拟的工具。并行软件自主研发需要工程(业务)建模、物理(科学)建模、数值(离散)算法和大规模并行计算等方面的多学科协同，其中，工程建模可能涉及流体、结构、振动、冲击、电磁、辐射、化学、燃烧、传热等多个工程学科分支，物理建模大多涉及物理机理、材料物性、本构关系等多个基础学科分支，数值算法包含求解不同类型数理方程的数值离散格式，大规模并行计算通常包含适配于不同类型体系结构高性能计算机的大规模并行算法和性能优化方法。由此，并行软件自主研发复杂度可以用描述，其中，L表示工程建模复杂度，M表示物理建模复杂度，N表示数值算法复杂度，J表示并行算法和性能优化复杂度。随着实际应用的日趋复杂，多学科协同也日趋紧密，L、M、N和J持续增长，软件研发复杂度越来越大，严重制约并行软件自主研发水平的提升，从而反过来制约多学科协同和求解实际应用问题的能力提升。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数理方程解算构件，其特征在于包括，/n数理方程解算构件接口，数据分布存储单元，自适应适配单元，数值离散解算单元，并行计算构件单元；/n所述数理方程解算构件接口，连接所述数据分布存储单元、自适应适配单元以及数值离散解算单元，用于基于数理方程定解问题，接收外部输入的数值数据和数值数据计算方法，将所述数值数据和数值数据计算方法传输给所述数值离散解算单元，并将所述数值离散解算单元进行数值计算后得到的数值解输出；/n所述数据分布存储单元，用于在进程的私有内存空间存储外部数据场和内部数据场；其中，外部数据场指通过数理方程解算构件接口从外部接收的物理场数值数据，内部数据场指数值离散解算单元在数值求解...

【技术特征摘要】
1.一种数理方程解算构件，其特征在于包括，
数理方程解算构件接口，数据分布存储单元，自适应适配单元，数值离散解算单元，并行计算构件单元；
所述数理方程解算构件接口，连接所述数据分布存储单元、自适应适配单元以及数值离散解算单元，用于基于数理方程定解问题，接收外部输入的数值数据和数值数据计算方法，将所述数值数据和数值数据计算方法传输给所述数值离散解算单元，并将所述数值离散解算单元进行数值计算后得到的数值解输出；
所述数据分布存储单元，用于在进程的私有内存空间存储外部数据场和内部数据场；其中，外部数据场指通过数理方程解算构件接口从外部接收的物理场数值数据，内部数据场指数值离散解算单元在数值求解过程中产生的物理场数值数据；
所述自适应适配单元，用于根据数理方程定解问题的问题特征参数数据，自适应地选配适配的数值离散解算单元；
所述数值离散解算单元，用于根据数理方程定解问题的控制方程数值离散算法，结合所述自适应适配单元提供的选配信息以及所述数理方程解算构件接口提供的数值数据以及数值数据计算方法进行数值并行计算；
所述并行计算构件单元，用于将所述数值离散解算单元进行数值并行计算所依赖的其他进程的数值数据存储于本地进程。


2.根据权利要求1所述的数理方程解算构件，其特征在于，还包括工程物理插件单元，根据所述数理方程定解问题的物理模型和定解条件，通过所述数理方程解算构件接口向所述数值离散解算单元提供相关物理场的数值数据计算方法。


3.根据权利要求2所述的数理方程解算构件，其特征在于，所述工程物理插件单元进一步包括，
物理建模插件单元，用于根据数理方程定解问题的物理模型，向所述数值离散解算单元提供相关物理场数值数据的计算方法；
工程模板插件单元，用于根据数理方程定解问题的定解条件，向所述数值离散解算单元提供相关物理场初边值数据的计算方法。


4.根据权利要求2所述的数理方程解算构件，其特征在于，所述数理方程解算构件接口进一步包括，
方程配置接口，用于基于所述数理方程定解问题的问题特征参数数据，将实例化的所述工程物理插件单元注册到所述适配的数值离散解算单元；
方程解算接口，用于基于所述数理方程定解问题接收任意外部数据场的数值数据，传递给所述数值离散解算单元，并接收所述数值离散解算单元返回的数值解。


5.根据权利要求2所述的数理方程解算构件，其特征在于，所述数理方程解算构件接口还包括插件计算接口，该插件计算接口包括，
输出场，用于从所述工程物理插件单元向所述数值离散解算单元输出相关物理场的数值解；
输入场，从所述数值离散解算单元向所述工程物理插件单元输入任意依赖场的数值数据；其中，所述依赖场指所述工程物理插件单元计算所述相关物理场时所依赖的物理场；
接口类型，用于指示所述输出场和所述输入场的数值数据的具体形式。


6.根据权利要求1所述的数理方程解算构件，其特征在于，所述数理方程解算构件接口还包括数值离散解算接口，该数值离散解算接口包括，
输入接口，用于接收任意外部数据场的数值数据；
输出接口，用于输出数值解。


7.根据权利要求1所述的数理方程解算构件，其特征在于，所述数理方程解算构件接口还包括自适应适配接口，该自适应适配接口包括，
输入接口，用于接收所述问题特征参数数据；
输出接口，用于根据所述问题特征参数数据输出适配于所述问题特征参数数据的数值离散参数数据，其中，所述数值离散参数数据包括数值离散解算单元的标识符以及相应数值算法配置参数。


8.一种生成如上述权利要求1-7任意一项所述数理方程解算构件的方法，其特征在于，
生成数理方程解算构件接口，根据数理方程定解问题，接收外部输入的数值数据和数值数据计算方法，将所述数值数据以...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫则尧，张爱清，王景焘，程汤培，刘娜，李刚，陈晓洁，李光荣，田荣，刘青凯，许开龙，
申请(专利权)人：北京应用物理与计算数学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11