بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی عملکرد اجرای برنامه برای حل عددی معادلات ناویر- استوکس دو بعدی تراکم پذیر ناپایا بر روی یک ایرفویل به روش پردازش موازیٌ با استفاده از سیستم حافظه اشتراکی OpenMP پرداخته شده است. امروزه استفاده از توان محاسباتی رایانهها در تحقیقات علمی و فعالیتهای دانشگاهی کاربرد روز افزونی پیدا نموده است. یکی از مهمترین زمینههای تحقیقاتی که در آن رایانه نقش کلیدی بازی مینماید، شبیهسازی دقیق سازههای مهندسی میباشد.
با کوچک شدن ابعاد سازهها، مدلهای مورد استفاده برای شبیهسازی پیچیدهتر میگردد. لذا در تحلیلهای مبتنی بر روشهای عددی، نیاز به توان محاسباتی بالا فزونی یافته است بطوریکه در پارهای از موارد توان محاسباتی یک رایانه شخصی به طور موثر جوابگو نمیباشد. لذا باید به نحوی توان محاسباتی رایانه را افزایش داد. یکی از راه کارهای عملی، استفاده از ابر رایانههایی - قویترین پردازندههای موجود - است که امروزه با بهرهگیری از مفهوم پردازش موازی ساخته میشوند. نکته متمایز کننده این تحقیق تلاش برای افزایش کارایی و عملکرد اجرای برنامهها از طریق دست یافتن به الگوریتمهایی برای بهبود عملکرد کدهای سریال میباشد.
مقدمه
تا چند دهه قبل دانش بشری بر پایه دو ستون آزمایشهای تجربی و آنالیزهای تحلیلی استوار بوده است. محدودیتهای موجود در استفاده از این دو روش باعث شده است که دانشمندان و متخصصین به بهرهبرداری از روشهای عددی برای حل معادلات حاکم بر پدیدههای فیزیکی رو آورند. بدین ترتیب شبیه سازیهای رایانهای و روشهای عددی به عنوان ستون سوم علم و دانش بشری وارد عرصه شده و امروزه از جایگاه ویژهای برخوردار هستند. با توجه به این واقعیت که ابزار اصلی در انجام محاسبات و شبیهسازیهای عددی، ماشینهای حساب و رایانههای دیجیتالی میباشند، همواره توان پردازشی سخت افزاری یکی از عوامل اصلی محدود کننده در بهرهبرداری از روشهای عددی در حل مسائل علمی و صنعتی بوده است.
بدین جهت ارتقای توان محاسباتی و حجم سامانههای سخت افزاری همواره مد نظر بوده است. با پیشرفت تکنولوژی و دستیابی محققین به رایانههای پر سرعت و با حافظه بیشتر، رفته رفته امکان محاسبات حجیم ارتقا یافته است. از طرفی تمایل و نیاز محققین در علوم و صنایع به حل مسائل پیچیده و با لحاظ نمودن فیزیک واقعیتر، محرک اصلی برای ساخت رایانههای پر قدرتتر بوده است. بدین صورت در یک حلقه افزاینده، از یک طرف بر پیچیدگی محاسبات عددی افزوده شده و دانش بشری در روشهای عددی و شبیه سازیهای رایانهای ارتقا یافته و از طرف دیگر تکنولوژی سخت افزار رایانهای مرتبا در حال تکامل و ارتقا به سمت طراحی و ساخت ابر رایانههای پر قدرتتر حرکت نموده است.
دانشمندان علوم رایانه از همان ابتدا متوجه محدودیتهای مختلف برای ساخت یک پردازشگر بسیار سریع بوده و بدین جهت، استفاده همزمان از چندین پردازشگر برای انجام محاسبات مورد توجه بوده است. امروزه با نزدیک شدن تکنولوژی ساخت پردازشگرها به برخی محدودیتهای فیزیکی، استفاده از پردازش موازی تقریبا در تمامی انواع پردازشگرها تبدیل به یک ضرورت نموده است. در نتیجه برنامه نویسی و تدوین روشهای عددی موازی برای حل مسائل علمی یک ضرورت میباشد.
صرفه اقتصادی و استفاده از فناوریهای روز از جمله برتریهایی است که برای پردازش موازی نسبت به پردازش سریال - روش سنتی تر پردازش اطلاعات - برشمرده می شود. یکی از دلایل اصلی استفاده از برنامهنویسی موازی، بحث افزایش سرعت اجرای برنامه میباشد، که این امر در پردازندههای تک هستهای دارای محدودیت افزایش توان مصرفی میباشد که اگر تعداد این ترانزیستورها زیاد باشد، گرمای ایجاد شده ناشی از توان مصرفی پردازنده باعث ذوب شدن آن خواهد شد.
در این پژوهش معادلات حاکم بر سیال حقیقی تراکم پذیر بصورت فرم بقایی به دلیل ایجاد شاک در نظر گرفته میشوند. معادلات بصورت عددی با روش حجم محدودٌ بصورت صریح ٍ با دقت مرتبه اول بر روی شبکه سازمان یافتهَ گسسته سازی ُ میشوند. و در دو حالت جریان لزج و غیر لزج مورد ارزیابی قرار میگیرد. در این تحقیق برای تجزیه بردار شار عبوری از وجه سلول از روش AUSM+ ارائه شده توسط لیو استفاده شده است.[1] برای انجام محاسبات در روش های عددی یک از ابزارهای قدرتمند برنامه نویسی با زبان های Fortran،C++ میباشد که به کمک آنها میتوان معادلات حاکم بر مسئله را در زمان کوتاهی حل کرد. که در این پژوهش از برنامه Fortran استفاده شده است.
