(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211137364.5 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 西北大学 地址 710127 陕西省西安市碑林区太白北 路229号 (72)发明人 魏利平　魏培绪　李昊琦　李鑫　 王帅行　马雯　闫渊　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 马贵香 (51)Int.Cl. G06F 8/41(2018.01) G06F 8/30(2018.01) G06F 16/11(2019.01) G06F 16/31(2019.01)G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方 法、 装置、 设备及 介质 (57)摘要 本发明属于计算流体力学领域， 具体涉及一 种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法、 装 置、 设备及介质； 本发明在OpenFOAM读入网格信 息生成LDU矩阵之后， 添加一个矩阵格式的转换 操作， 通过编译相关的代码程序， 使得算法能在 DCU加速卡上运行， 然后通过DCU运行OpenFOA M算 例， 将原有的LD U矩阵格式转化为DCU能够计算的 CSR矩阵格式， 采用CSR格式相较传统密集存储 方 法节省了大量空间； 最后调用DCU的内核迭代计 算矩阵， 计算完成后将结果重新转化成OpenFOA M 识别的LDU矩阵， 使得在求解过程中节省了大量 的计算时间， 从而提高了OpenFOAM的求解性能， 同时也为人们在GPU加速性能上提供了参 考。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115509536 A 2022.12.23 CN 115509536 A 1.一种基于线性矩阵求 解的OpenFOAM加速方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 在OpenFOAM中进行网格信息读入， 生成LDU格式的矩阵； 设置LDU →CSR矩阵转化 系统， 在DCU中编译相关代码； 步骤2： 通过DCU运行OpenFOAM算例， 读入算例网格信息， 将原有的LDU格式的矩阵转换 成CSR格式的矩阵， 完成矩阵向量 转化； 步骤3： CPU拷贝传入的数据， 并且将CPU端拷贝好的数据传输给DCU内存， 调用DCU的内 核迭代计算矩阵， 收敛后输出CSR格式数据； 步骤4： 将输出的CSR格式数据重新转化为Op enFOAM识别的LDU格式数据， 并将计算结果 传回OpenFOAM 。 2.根据权利 要求1所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述在DCU中编译相关代码为： 编写LDU→CSR格式转换的伪代码， 将此伪代码转换成HIP代码， 并且将解算器采用HIP 代码进行编写集成到DCU中。 3.根据权利 要求1所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述LDU格式的矩阵为OpenFOAM数据储存格式， 在OpenFOAM算例文件controlDict文件中添加 库引用， 在算例文件fvSo lution文件中使用DCU解 算器求解各个物理量。 4.根据权利 要求1所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述步骤2具体包括： 运行OpenFOAM算例， 调用DCU加速卡， 在导入网格后， OpenFOAM根据网格存储相应的LDU 格式数据； 对角元素和上三角下三角元素分别存储在三个向量lduMatrix.diag()、 lduMatrix.upper()、 lduMatrix.lower()中， 上下两个三角元素的索引值共用两个索引向 量； upperAddr存储了上三角元素的行索引， 同时表达了下三角对应元素的列索引， lowerAddr既能表达上三角元素的列索引， 又能表达下三角元素的行索引； 采用格式转换代 码将LDU格式数据转换成CSR格式储存的数据； CSR格式主要通过三个数组来表示矩阵的内 容， 其中Value为矩阵中非零元素的值， Col_Index存储了非零元的列索引， Row_Offsets存 储了每行第一个非零元在Value中的索引， 计算每 个非零元的行索引， 定位非零元。 5.根据权利 要求4所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述矩阵向量转化具体为： 首先遍历LDU矩阵的阶数和下三角、 上三角元素的个数， 计算各行 有多少个非零元素， 按照顺序分别插入 下三角矩阵元素、 对角矩阵元素和上三角矩阵元素， 对每一个矩阵元 素分别计算矩阵值以及其对应的索引值， 返回新 生成的CSR格式矩阵。 6.根据权利 要求1所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述步骤3具体包括： 格式转换完成后， 开始调用DCU加速卡中的解算器求解， 所述解算器根据Op enFOAM中的 PCG或PBiCG算法在DCU上进行修 改， 使用转换完成后的CSR格式进行计算； 计算完成后输出 CSR格式数据， 并且释放DCU内存。 7.根据权利 要求1所述的一种基于线性矩阵求解的OpenFOAM加速方法， 其特征在于， 所 述步骤4中将计算结果传回OpenFOAM后通过后处理工具查看结果， 处理工具为Paraview或 Tecplot。 8.一种基于线性矩阵求 解的OpenFOAM加速装置， 其特 征在于， 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115509536 A 2矩阵生成及矩阵转换系统设置模块， 用于在Op enFOAM中进行网格信息读入， 生成LDU格 式的矩阵； 设置LDU →CSR矩阵转 化系统， 在DCU中编译相关代码； 算例网格信息读入模块及矩阵向量转化模块， 用于通过DCU运行Op enFOAM算例， 读入算 例网格信息， 将原有的LDU格式的矩阵转换成CSR格式的矩阵， 完成矩阵向量 转化； 矩阵迭代计算及CSR格式数据输出模块， 用于通过CPU拷贝传入的数据， 并且将CPU端拷 贝好的数据传输给DCU内存， 调用DCU的内核迭代计算矩阵， 收敛后输出CSR格式数据； 矩阵格式重新转化及查看模块， 用于将输出的CSR格式数据重新转化为OpenFOAM识别 的LDU格式数据， 并将计算结果传回OpenFOAM 。 9.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器 上运行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求 1‑7任 一项所述的一种基于线性矩阵求 解的OpenFOAM加速方法。 10.一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1 ‑7任一项所述的一种基于线性矩阵求 解的OpenFOAM加速方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115509536 A 3