Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Рис 1. Отношение времени работы на одну итерацию для GPU конфигурации к такому же показателю в случае использования 4 ядер CPU.
OpenFOAM — популярный open-source фреймворк, но его архитектура 1990-х годов ориентирована на CPU и неэффективно использует современные гибридные суперкомпьютеры с GPU. Активно развиваются проекты по переносу вычислений OpenFOAM на GPU. Поскольку основное время занимает решение систем линейных уравнений, большинство работ фокусируются на ускорении именно этих операций (например, AmgX4Foam, petsc4foam [1]). Преимущество подхода — отсутствие изменений в исходном коде. Однако, как отмечено в [2], доля решения линейных уравнений лишь незначительно превышает время на другие процессы (например, сборку матриц), что ограничивает ускорение согласно закону Амдала. Решение — замена всех явных циклов на GPU-вычисления [2], но это требует переписывания кода и ведёт к отставанию от актуальных версий OpenFOAM.
В данной работе сравнивается скорость вычислений для стандартных CFD-задач. Базовый подход — OpenFOAM-v2412 с декомпозицией на CPU. Сравнение проводится с библиотеками AmgX и PETSc для GPU, а также с SPUMA (переписанной библиотекой на основе OpenFOAM-v2412). Вычисления выполнены на относительно устаревшем оборудовании: NVIDIA Tesla T4 и Intel i7-9700. Результаты для задачи о естественной конвекции [3] (см. Рис. 1) показывают, что ускорение монотонно растёт с размером задачи. Подходы без SPUMA демонстрируют ограничения по ускорению.
1. Bna S., Spisso I., Olesen M., Rossi G. PETSc4FOAM: a library to plug-in PETSc into the OpenFOAM framework // PRACE. 2020.
2. Bna S., Giaquintoa G., Fadiga E., Zanelli T. SPUMA: a minimally invasive approach to the GPU porting of OPENFOAM // arXiv:2512.22215v1 . 2025
3. Davis G., Jones I. P. Natural convection in a square cavity: A comparison exercise // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 1983. Vol. 3. № 3. P. 227–248.
Егор Павлович Павлов
Сколковский Институт Науки и Технологий
Рассматривается проблема распространения одномерной волны горения в периодически неоднородной среде. Проблема мотивирована явлением регуляризации колебаний скорости детонационной волны, обнаруженным в недавних исследованиях детонации в неоднородных смесях [1]. Известно, что как детонационные волны [1], так и медленные волны горения [2], распространяющиеся в однородных средах, обладают сложной нелинейной динамикой. В этом случае скорость волны может колебаться регулярно или хаотически в зависимости от параметров смеси (например, энергии активации). Вопрос о влиянии периодических внешних условий на такие колебания представляет научный и практический интерес.
В данной работе исследуется явление регуляризации динамики волны горения при ее распространении в периодически неоднородной среде. Изучается модельная система уравнений реакции-диффузии для безразмерной температуры T и концентрации топлива C с Aррениусовской кинетикой выделения энергии.
Мы исследуем, как пространственная неоднородность начальной концентрации топлива, C(x, 0), а также коэффициента тепловых потерь, q=q(x), влияет на динамику волн. В частности, мы рассматриваем случаи, когда начальная концентрация следует профилю C=C0 + a sin(k x), или коэффициент тепловых потерь изменяется как q(x)=q0 + a sin(k x), где a и k представляют собой амплитуду и волновое число возмущений соответственно. Влияние этих параметров на динамику волн горения анализируется путем численного решения системы уравнений для различных значений волнового числа и амплитуды неоднородности и определения соответствующей скорости волны для каждого случая.
Проведенный анализ позволил выявить явления регуляризации и синхронизации колебаний, а также существование областей синхронизации при определенных значениях волнового числа. Установлено, что характер колебаний существенно зависит от k. При приведении двухпараметрического исследования и одновременном изменении волнового числа и амплитуды неоднородности были получены структуры, напоминающие языки Арнольда. Были проанализированы области внутри и вне языков и описаны различные режимы синхронизации пламени в неоднородной среде.
Марьюш Здиславович Сорока
