梁正虹，黄 俊，刘志勤，陈 波，杨 茂

(西南科技大学 计算机科学与技术学院，四川 绵阳 621010)

0 引言

计算流体力学(CFD,computational fluid dynamics)通过数值求解流体动力学控制方程，获取各种条件下的流动数据和作用在绕流物体上的力、力矩和热量等,从而达到研究各种流动现象和规律的目的。CFD是涉及流体力学、计算机科学与技术、计算数学等多个专业的交叉研究领域[1]。在航空航天领域，CFD已成为获取高超声速飞行器气动力和气动热数据、开展高超声速流动基础科学问题研究的三大手段之一[2]。

对于高超声速流动，保持格式的迎风特性对于计算结果十分有益。迎风格式主要沿着矢通量分裂(FVS, flux vector splitting)和通量差分分裂(FDS,flux difference splitting)两个路线发展。FVS的典型格式有Steger-Warming[2]和Van Leer[2]；FDS最具代表性的是Roe[2]格式。FVS将对流项通量按其特征值的正负进行分裂，稳定性好但数值粘性较大；FDS通过近似求解Riemann问题获得控制单元通量，计算量较大且需要引入熵修正，增大了数值粘性[3]。20世纪90年代，Liou和Steffen提出兼具FVS和FDS优点的AUSM[4](advection upstream splitting method)格式，经过20多年的发展，其衍生格式已成为目前航空航天领域应用最广泛的格式之一。

CPU/GPU异构并行架构是当今构建大规模计算集群的主要架构之一，计算机技术的快速发展给CFD高性能计算领域带来前所未有的机遇与挑战。美国国家航天局(NASA)预测，21世纪，高效能计算机和CFD技术的进一步结合将给各类航空航天飞行器的气动设计带来一场革命[5]。近十年来，国内外专家学者通过CPU/GPU异构平台加速CFD应用，取得一系列重要成果。D.A.Jacobsen[6]等成功地将CFD应用从单GPU扩展至多GPU和集群；……