基于GPU的流动影响枝晶生长相场方法.pdf

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1、第41卷第3期兰州理工大学学报Vo1．41No．32015年6月Journalof．LanzhouUnivers．．ity0fTechnologyJu轧2015文章编号：1673—5196(2015)03—0019—07．基于GPU的流动影响枝晶生长相场方法朱昶胜一，贾金芳，冯力，肖荣振，王永贤(1．兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃兰州730050；2．兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，甘肃兰州730050)摘要：将自适应压力迭代法修正的Sola算法与相场模型相结合，建立过冷熔体在强迫流动状态下枝

2、晶生长的Sola-相场模型．针对传统方法求解多场耦合相场模型时存在的计算量大，计算时间长，计算效率低等问题，提出基于CUDA+GPU软硬件体系结构的高性能计算方法．以高纯丁二腈(SCN)过冷熔体为例，在CPU+GPU异构平台上实现了存在流动时凝固微观组织演化过程的并行求解，并对基于CPU+GPU平台与CPU平台的计算结果及计算效率进行比较．结果表明，当计算规模达到百万量级时，与CPU平台上的串行算法相比，在CPU+GPU异构平台上达到了24．39倍的加速比，大大提高计算效率，并得到与串行计算相一致的结果．关键词：相场方法；枝

3、晶生长；流动；GPU中图分类号：TG244；0246文献标识码：AGPU-basedphase-fieldmethodfordendritegrowthwithflowaffection#ZHUChang—sheng·，JIAJin—fang，FENGLi，XIAORong-zhen，W_ANGYong-xian(1．CollegeofComputerandCommunication，LanzhouUniv．ofTeeh，Lanzhou730050，China；2．StateKeyLaboratoryofAdvancedPr

4、o—eessingandRecyclingofNonferrousMetals，LanzhouUniv．ofTech．，Lanzhou730050，China)Abstract：Combiningthephase-fieldmodelwiththeSolaalgorithm，whichiscorrectedbyadaptiveitera—tionscheme。aSola-phasefieldmodelfordendritegrowthinundercooledmeltinthestateoftheforcedflowises

5、tablished．Aimedattheproblemsintraditiona1solutionofmulti-fieldcouplingsuchaslargecal—culationamount，longcomputationtime，andlowcomputationalefficiency，ahigh-performancecomputingmethodisproposedbasedODCUDA+GPUsoftwareandhardwarearchitecture．Takingthesuccinonitrite(SC

6、N)withhighpurityasanexample，theparalle1solutionstotheevolutionprocessofthesolidificationmicrostructureisimplementedonCPU+GPUheterogeneousplatformwhentheflowisavailable．ThecomputationalresultsandefficiencybasedontheCPU+GPUplatformandCPUplatformarecompared．Theresults

7、showthat，comparedwiththeserialalgorithmontheCPUplatform，aspeedupof24．39isa—chievedontheCPU+GPUheterogeneousplatformwhenthecalculationscaleisofmillionmagnitude，thecomputationa1efficiencyisgreatlyimproved。andtheparallelcomputationresultisidenticaltothatofseri—alcompu

8、tation．Keywords：phase-fieldmethod；dendritegrowth；flow；GPU从宏观观点看晶体的生长过程实际上是一个热有温度差和浓度差引起的自然对流，这种对流在熔量、质量和动量等的输运过程．晶体生长输运过程对体的凝固过程中是始终存在的，它对熔体凝固后的其