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湍流在环境和工程流体流动中普遍存在并且在日常生活中经常遇到。更好地了解这些湍流过程可以为各个研究领域提供有价值的见解——改善对大气输送引起的云形成和湍流能量交换引起的野火蔓延的预测了解河流中沉积物的沉积以及提高燃烧效率例如在飞机发动机中减少排放。然而尽管它很重要但我们目前的理解和可靠预测此类流量的能力仍然有限。这主要归因于高度混沌的性质以及这些流体流占据的巨大的空间和时间尺度范围从高端的几米量级的高能大规模运动其中能量被注入流体流在低端一直降至微米μ湍流通过粘性摩擦耗散成热量。理解这些湍流的一个强大工具是直接数值模拟它提供了不稳定三维流场的详细表简化。更具体地说这种方法利用网格间距足够小的离散网格来捕获控制系统动力学的基础连续方程在本例中为变密度纳维斯托克斯方程它控制所有流体流动动力学。

当网格间距足够小时离散网格点足以表示真实连续方程而不会损失精度。虽然这很有吸引力但此类模拟需要大量的计算资源才能捕获如此广泛的空间尺度上的正确  沙特阿拉伯手机号码列表 流体流动行为。必须应用直接数值计算的空间分辨率的实际跨度取决于任务并由雷诺数确定雷诺数将惯性力与粘性力进行比较。通常雷诺数的范围可以在到之间对于大气或星际问题甚至更大。在中所需分辨率的网格大小大致与雷诺数的次方成正比由于这种强烈的缩放依赖性模拟此类流通常仅限于具有中等雷诺数的流态并且通常需要访问具有数百万个核心的高性能计算系统。在用于在张量处理单元上科学计算流体流动的模拟框架中我们介绍了一种新的模拟框架可以使用计算流体流动。通过利用软件和硬件架构的最新进展该软件工具可以以前所未有的规模对湍流进行详细的大规模模拟从而突破了科学发现和湍流分析的界限。我们证明了该框架可以有效地扩展以适应问题的规模或者改进运行时间这是值得注意的因为大多数大规模分布式计算框架都会因扩展而降低效率。该软件作为上的开源项目提供。

                               
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使用加速器进行大规模科学计算该软件使用框架求解架构上的变密度纳维斯托克斯方程。求解器实现的并行化采用单指令多数据方法。利用的矩阵乘法单元将同位结构化网格上的有限差分算子转换为卷积函数的滤波器。该框架利用了加速器之间的低延迟高带宽芯片间互连。此外通过加速线性代数编译器利用单精度浮点计算和高度优化的可执行文件可以在硬件架构上执行具有出色扩展性的大规模模拟。这项研究工作表明基于图的与新型专用硬件相结合可以用作求解表示多物理场流的偏微分方程的编程范例。后者是通过用物理模型增强纳维斯托克斯方程来实现的以解释化学反应传热和密度变化从而能够模拟云的形成和野火等。值得注意的是该框架是第一个用于高性能大规模模拟的开源计算流体动力学框架以充分利用随着机器学习的进步而变得普遍并成为商品的云加速器近年来。