초록
축류 팬(axial fan)은 팬이 회전하면서 작은 압력 상승을 만들어 다량의 공기를 불어주는 유체 기계로써 최근 축류 팬의 소음 저감이 중요하게 인식되고 있다. 본 연구는 팬 주위의 유동 소음을 해석하는 MPI 병렬프로그램 방법 및 최적화 기법에 대해 다룬다. 이때 수억 개 이상의 격자에서 수만 포인트의 소음원을 해석하기 위해서 2차원 도메인 분할 방법을 사용해서 MPI 병렬화를 하였다. 이때 대규모 계산 시 MPI 프로세스 간의 통신이 많이 발생하여 성능이 심각하게 느려지는 현상이 발생한다. 이를 극복하기 위해 MPI 일방향 통신을 적용하였다. 뿐만 아니라 통신 및 메모리 최적화 방법을 통해 최대 2.97배 향상시켰다. 마지막으로 KISTI 타키온2 슈퍼컴퓨터를 활용하여 전체 시뮬레이션 실험에서 유동 계산 시 6,144코어에서 최대 12배, 소음 계산 시 128코어에서 최대 6배의 성능향상을 달성하였다.
Recently, noise reduction in an axial fan producing the small pressure rise and large flow rate, which is one type of turbomachine, is recognized as essential. This study describes the design and optimization techniques of MPI parallel program to simulate the flow-induced noise in the axial fan. In order to simulate the code using 100 million number of grids for flow and 70,000 points for noise sources, we parallelize it using the 2D domain decomposition. However, when it is involved many computing cores, it is getting slower because of MPI communication overhead among nodes, especially for the noise simulation. Thus, it is adopted the one-sided communication to reduce the overhead of MPI communication. Moreover, the allocated memory and communication between cores are optimized, thereby improving 2.97x compared to the original one. Finally, it is achieved 12x and 6x faster using 6,144 and 128 computing cores of KISTI Tachyon2 than using 256 and 16 computing cores for the flow and noise simulations, respectively.