低延遲叢集計算於潤滑分析之性能研究

本計畫擬延續筆者近年來以平行計算運用於潤滑分析上的研究成果（請參考表C12之圖1 及說明），探討低延遲電腦叢集系統（理想訊息溝通的延遲時間為2-3 微秒，文獻實測值約7.5 微秒）在磨潤領域進行平行計算之優勢及與其搭配的數值方法。已執行及目前進行中的國科會計畫採用的電腦叢集為標準乙太網路介面，訊息溝通的理想延遲時間為75 微秒以上，實際延遲的時間視系統大小而有不同，通常為理想值的數倍。本研究將以低延遲之計算系統探討在窘迫式平行計算（Embarrassingly Parallel Computing）及統計實驗設計法分區平行計算（Divide and Conquer Computing）時之效率，並進行氣體軸承之全域最佳化設計（基因演算法及方塊切割法），以驗證新系統的平行效率。以平行計算進行潤滑分析時，硬體架構（即決定訊息溝通的延遲時間）與可切割的最小工作量有極重要的關連，是決定平行效率的主要因素，也是影響程式撰寫的難易度及其適用的彈性。例如進行液膜潤滑分析時，雷諾方程式及數值積分會因條件改變而重複計算多次，如採用適當的平行計算數值方法，而其可切割的最小工作量在共享記憶體架構下可以有極佳的平行效率，但其缺點為不易擴增處理器的數目，導致加速率無法提高。如果採用傳統網路組成的個人電腦叢集來增加處理器的總數量，會因其訊息溝通的延遲時間較長，小工作量的數值計算無法有效的進行平行運算。為了增加平行處理的彈性，本研究擬採用低延遲網路介面，大幅度降低訊息溝通的時間，探討適合潤滑分析的平行數值方法，以氣體軸承數值模型為載具，建立具有高平行效率及可擴充性程式設計的能力。研究結果將與標準乙太網路系統比較，亦將評估低門檻程式設計環境（Single System Image）的平行計算效率，及其取代高門檻程式設計環境（Message Passing Interface）的可能性。由於電腦硬、軟體發展的速度很快，而以個人電腦為主的平行計算相關技術亦受這架構的影響，筆者擬延續執行中的計畫，以現有的基礎及經驗提出二年期的計畫。

系統編號:PB9607-2377
原計畫編號:NSC96-2221-E182-037