4典型应用

本文测试模型为整车正面刚性壁碰撞，定义初始撞击速度为13.75m/s，计算正面碰撞30ms，每2ms间隔输出一个ANIM文件。整个模型共有单元数135万，节点数128万。为对并行程序计算效果进行比较和评价，除了对比计算模型总耗时外，还可以采用加速比和并行效率这两个指标来衡量程序的并行性能。用来度量并行处理效果，而用来度量并行计算中整个系统的资源利用率，即： 

                 （1）

                   （2）

式中，表示使用单个处理器所耗费的时间，表示使用p个处理器所耗费的时间。当时，表明并行程序有完全的线性加速比，此时。一般情况下，由于受程序算法并行度，负载平衡度或网络通信等影响，理想的加速比是达不到的。

图3 魔方上不同核数RADIOSS计算时间和加速比

本文对RADIOSS并行能力评估主要是针对engine求解过程。Engine求解过程中，输出ANM文件的时间间隔基本一致，对输出ANIM文件的时间间隔求平均更能体现并行程序的求解时间。为了排除其他因素影响，这组计算是在同一个计算节点上完成。图3显示了不同核数下输出ANIM文件的平均时间间隔以及计算得到的加速比值，多核计算采用的是SPMD并行模式。从图上可以看出，随着处理器核数的增加，模型求解时间有较大幅度的降低，在2至4核时体现了近似线性的加速比，使用8核以上资源时，加速比提升趋势逐渐放缓，当采用8，16，32核计算时，并行效率依次为97.6%，79.1%，69.6%，随着并行核数的增加，由于额外开销时间的增多，并行效率呈逐级下降趋势。

图4  RADIOSS Hybrid-MPP并行计算对比

对RADIOSS Hybrid-MPP并行计算来说，在求解engine过程中参与计算的核心数等于MPI进程数（SPMD求解域数）与OpenMP并行thread数的乘积。图4显示了在保证总计算核数为16个情况下，Hybrid-MPP使用不同的MPI进程数和OpenMP thread数对计算速度的影响。从图4中可以看出，对于整车碰撞这一类问题，采用SMP并行模式计算时间最长，随着MPI进程数的增加，计算时间依次递减，也就意味着并行效率依次提高。当16个核全部采用SMP并行方式时，并行效率只有32.3%，而全部采用MPP并行方式时并行效率达到79.1%。相同求解核数下，采用Hybrid-MPP并行并不一定比单纯的MPP并行计算速度更快，但Hybrid-MPP能在相同的进程数下扩展线程数，增加了并行求解的扩展能力和性能，灵活的并行方式满足计算需要和硬件资源的升级，当MPI进程数较多或求解模型更复杂等情况下，进程间通信量的增加将对计算产生额外开销，而采用Hybrid-MPP并行将更具有优势。