Ускорение расчётного кода ODETTA для решения задач транспорта частиц

19.11.2020 2020 - №04 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

А.В. Шошина В.И. Белоусов

https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.12

При математическом моделировании ядерных реакторов на быстрых нейтронах возникает необходимость проводить высокоточные расчёты задач защиты на неструктурированных сетках. В работе рассматривается и анализируется параллельная версия расчётного кода ПС ODETTA [1] с применением технологии библиотеки MPI (Message Passing Interface) [2]. Код предназначен для численного моделирования нейтронно-физических процессов в защитных композициях реакторных установок на быстрых нейтронах (в том числе и с жидкометаллическим теплоносителем) в режимах нормальной эксплуатации, а также может применяться при расчётах радиационных условий использования элементов конструкции и оборудования объектоватомной энергетики, являющихся источниками и (или) находящихся под воздействием ионизирующих излучений при обосновании безопасности. Проводится сравнение работы полученной программы с предыдущей версией. Описана разработка алгоритмической части программы ODETTA с применением MPI. Представлены особенности и специфика распараллеливания программы, приведена модификация расчётного кода, рассмотрены соответствующие алгоритмы. Дано краткое описание структуры модулей программы ODETTA с использованием MPI. Представлены результаты работы последовательной и параллельной версий программы ODETTA в OC Linux [3] на HPC-кластере НИЯУ МИФИ [4]. Приведён сравнительный анализ двух программных реализаций с точки зрения скорости и точности результатов при использовании двух различных кластеров и разного количества узлов на них. Отмечены особенности выполнения вычислений на кластере.

Ссылки

1. Белоусов В.И., Березнев В.П., Селезнёв Е.Ф. Расчётный код ODETTA для решения за дач переноса нейтронов и гамма-квантов в многогрупповом SnPm-приближении методом конечных элементов на неструктурированных тетраэдральных сетках, включая работу с сеточными данными. Версия 2.1 (ODETTA). / Аттестационный паспорт программы для ЭВМ, рег. № 497 от 19 декабря 2019 г. – М.: ФБУ «НТЦ ЯРБ», 2019. – 6 с.
2. Князева М.А, Молчанова Л.А., Тарасов Г.В. Параллельное программирование. – Владивосток: Дальневосточный университет, 2006. – 61 с.
3. Костромин В.А. Самоучитель Linux для пользователя. – СПб: БХВ-Петербург, 2012. – 672 c.
4. Савченко А.В., Аникеев А.А., Окунев Д.Ю. Высокопроизводительный вычислительный центр НИЯУ МИФИ. Руководство пользователя. – М.: НИЯУ МИФИ, 2020. – 24 с. Электронный ресурс: https://ut.mephi.ru/pdf/projects/hpc/userguide.pdf (дата доступа 10.02.2020).
5. McGhee J.M., Wareing T.A., Barnett D.A. Attila User’s Manual. – Transpire Inc., 15 January, 2007. – 1077 p.
6. Сычугова Е.П., Селезнёв Е.Ф. Метод конечных элементов для решения уравнения переноса на неструктурированных тетраэдральных сетках. / Препринт № IBRAE-2014-03, 2014. – М.: ИБРАЭ РАН, 2014. –21 с.
7. SALOME – The Open Source Integration Platform for Numerical Simulation. Электронный ресурс: https://www.salome-platform.org (дата доступа 10.02.2020).
8. Мантуров Г.Н. Методическое константное и программное обеспечение нейтронно-физических расчётов быстрых реакторов и оценки погрешностей расчётных предсказаний. / Дисс. на соиск. уч. степ. д-ра техн. наук. – Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2017. – 202 с.
9. About VisIt. Электронный ресурс: https://wci.llnl.gov/simulation/computer-codes/visit (дата доступа 10.02.2020).
10. OpenMP Application Program Interface. Электронный ресурс: http://www.openmp.org/mp-documents/OpenMP4.0.0.pdf (дата доступа 10.02.2020).
11. Немнюгин С.А. Средства программирования для многопроцессорных вычислительных систем. Intel Multicore Curriculum Initiative. – СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет, 2007. – 88 с.
12. Павловская Т.А. C/C++. Программирование на языке высокого уровня. – СПб.: Питер, 2003. – 461 с.
13. Shterenlikht Anton. Parallel Programming with Fortran 2008 and 2018 Coarrays. – Mech Eng Dept, The University of Bristol, Bristol BS8 1TR, UK, 2018. – 27 p.
14. Рыжиков Ю.И. Программирование на Фортране Powerstation для инженеров. Практическое руководство. – СПб: Корона-Принт, 2000. 161 c.
15. Бартеньев О.В. Современный Фортран. 3-е изд., доп. и перераб. – М.: Диалог МИФИ, 2000. – 449 с.
16. Chapman Stephen J. Fortran for Scientists and Engineers. Fourth Edition. – BAE Systems Australia, 2018. – 1049 p.
17. Сборка программ с помощью GNU make. Электронный ресурс: http://coderway.ru/cpp/make (дата доступа 10.02.2020).
18. Nuclear Science Committee. Benchmark for Neutronic Analysis of Sodium-cooled Fast Reactor Cores with Various Fuel Types and Core Sizes. NEA/NSC/ R(2015)9, 25-Feb-2016. Электронный ресурс: https://www.oecd-nea.org/science/docs/2015/nsc-r2015-9.pdf (дата доступа 10.02.2020).
19. Документация Putty. Электронный ресурс: https://putty.org.ru/docs.html (дата доступа 10.02.2020).
20. Bereznev V.P., Belousov V.I., Grushin N.A. et al. New neutronic calculation codes based on discrete ordinates method using methods of finite differences and finite elements / Proc. of the Int. Conf. on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR17). Paper CN-195. – Ekaterinburg: ROSATOM, 2017. – 10 p. Электронный ресурс: https://www.researchgate.net/publication/ 339912318_IAEA-CN245-195_New_neutronic_calculation_codes_based_on_discrete_ordinates_method_using_methods_of_ finite_differences_and_finite_elements (дата доступа 10.02.2020).

параллельное программирование MPI программа ODETTA метод конечных элементов радиационная безопасность HPC-кластер

Ссылка для цитирования статьи: Шошина А.В., Белоусов В.И. Ускорение расчётного кода ODETTA для решения задач транспорта частиц. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 4. – С. 130-141. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.12 .