摘要
自从海洋强国上升为国家战略以来，人们对海洋的关注度不断提高。尤其是近年来，我国周边的岛屿纷争问题不断加剧，使得海洋环境研究的重要性愈发突显出来。在海洋中，声音是能够长距离有效传播信息的唯一载体，因此，要获取海洋中的有效信息，就必须掌握声音在海洋中的传播规律。然而，受声场范围变大、传播介质随时间变化以及声源频率变多等问题的影响，使得声场传播的计算量和耗时剧增，从而严重影响实时性问题的解决。同时，实际声场数据应用对声场传播计算的精度也提出了更高的要求，二维水声传播模型不能全面反映问题的真实情况。因此发展与实际海洋环境条件相吻合的大规模高精度三维水声传播并行计算是一个新的研究着眼点。 本文针对三维水下声场的抛物方程数值模拟方法，结合现代众核处理器的硬件结构特征和水声传播计算的应用特点，在天河二号计算机及最新一代至强融核系列的众核处理器上研究了水声传播的并行计算与性能优化方法，并取得如下成果：(1)针对主流众核处理器平台，研究了三维水下声场计算的单核串行性能优化方法、多核多线程并行计算方法以及MPI+OpenMP混合并行计算方法。测试结果表明，该方法可以大幅提升三维水声抛物方程方法的计算速度，在典型众核处理器上单频率计算可取得近30倍的加速效果，宽带声场计算时最大可取得128倍的加速效果。(2)针对新一代至强融核处理器自身的体系结构特点，重点探究了影响FOR3D程序OpenMP性能的因素，并利用Roofline性能模型对优化与并行后的FOR3D程序的性能进行分析与评价，讨论了进一步优化的方向。
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