CN115938494B - 气相化学模块的dcu加速计算方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种气相化学模块的DCU加速计算方法、设备及存储介质，涉及环境保护技术领域，其中，该方法包括：构建计算化学反应集合，并基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，并基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。通过上述方法，可以为NAQPMS空气质量预报模式的计算引入DCU计算支持，有效提升模式计算中气相化学模块的计算速度。
Description
技术领域
本申请涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种气相化学模块的DCU加速计算方法、设备及存储介质。
背景技术
空气质量模型是用数学方法来模拟影响大气污染物的扩散和反应的物理和化学过程。
嵌套网格空气质量预报模式(Nested Air Quality Prediction ModelingSystem，简称NAQPMS)是第三代空气质量模型，其重要组成模块为气相化学模块，它是NAQPMS空气质量预报模式中描述气相化学过程，也即大气污染物生消演变的重要组成部分，其中气相化学过程直接影响NAQPMS空气质量预报模式中各污染物的浓度，在模型中扮演着重要的角色，该模块集成了化学反应动力学模型、化学机制、气相化学方程及其求解方法等内容。
然而NAQPMS空气质量预报模式由于其处理的网格数量大，数据层数多，气相化学反应复杂，导致气相化学模块在进行数据处理时计算量巨大，造成了计算时间花费高、效率低，并行规模难以扩大，这无疑将成为制约NAQPMS空气质量预报模式发展的瓶颈。
发明内容
鉴于上述问题，即气相化学模块在进行数据处理时计算量巨大，计算时间长以及效率低的问题，本申请提供一种气相化学模块的DCU加速计算方法、设备及存储介质。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
根据本申请的一方面，提供一种气相化学模块的DCU加速计算方法，包括：
构建计算化学反应集合，并基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；
构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；
基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，并基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
在一种实施方式中，所述构建计算化学反应集合，包括：基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合。
在一种实施方式中，所述基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合，包括：
获取CBM-Z化学机制的材料数据，所述材料数据中包括若干化学反应方程；
获取所述若干化学反应方程中参与反应的各物质；
建立所述若干化学反应方程中参与反应的各物质与气相化学模块中的各物质之间的映射关系，并基于所述映射关系构建计算化学反应集合。
在一种实施方式中所述方法，还包括：
基于化学反应动力学构建化学反应速率方程；
所述基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率，包括：
基于所述计算化学反应集合根据所述化学反应速率方程获取气相化学模块中各物质的化学反应速率。
在一种实施方式中，所述构建化学反应求解器，包括：基于s阶Runge-Kutta算法构建化学反应求解器。
在一种实施方式中，基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，包括：
获取基于所述化学反应求解器编写的代码文件；
在对所述代码文件进行测试和调优后，生成对应的气相化学计算代码文件。
在一种实施方式中，所述气相化学计算代码文件包括多个并行算子对应的计算代码，所述基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，包括：
基于深度计算处理器DCU同步执行所述并行算子对应的计算代码，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
根据本申请的另一方面，提供一种气相化学模块的DCU加速计算装置，包括：
第一构建模块，其设置为构建计算化学反应集合；
速率获取模块，其设置为基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；
第二构建模块，其设置为构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；
代码生成模块，其设置为基于所述化学反应集合和所述化学反应求解器生成一个或多个气相化学计算代码文件；
求解模块，其设置为基于深度计算处理器DCU执行所述一个或多个计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
根据本申请的又一方面，提供一种电子设备，包括：存储器和DCU处理器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述DCU处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述电子设备执行所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
根据本申请的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被DCU处理器执行时用于实现所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
本申请气相化学模块的DCU加速计算方法、设备及存储介质，通过构建计算化学反应集合，并基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，并基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。可以有效解决NAQPMS空气质量预报模式中气相化学模块在进行数据处理时计算量巨大，计算时间长以及效率低的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种可能的场景示意图；
图2为本申请实施例提供的一种气相化学模块的DCU加速计算方法的流程示意图；
图3为图2中步骤S201的一种可能的流程示意图；
图4为化学反应机制材料数据的示例图；
图5为图2中步骤S204的一种可能的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一种气相化学模块的DCU加速计算装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种可能的场景示意图，如图1所示，包括服务器110和终端设备120，服务器110和终端设备120之间通过有线或者无线网络相互连接，服务器110中部署了空气质量模型，空气质量模型中包括气相化学模块。在一些实施例中，终端设备120用于向服务器110提供气象观测数据以及污染物数据、不同的化学反应机制以及化学反应求解器等，服务器110用于基于终端设备120提供的数据，构建对应的化学反应集合以及化学反应求解器，并生成计算代码文件以及执行等操作。可选地，在进行空气质量模型的处理和计算的过程中，服务器110可以承担主要计算工作，或者单独承担计算工作。
其中，终端设备可以包括但不限于，电脑、智能手机、平板电脑、电子书阅读器、动态影像专家压缩标准音频层面3(Moving Picture experts group audio layer III，简称MP3)播放器、动态影像专家压缩标准音频层面4(Moving Picture experts group audiolayer IV，简称MP4)播放器、便携计算机、车载电脑、可穿戴设备、台式计算机、机顶盒、智能电视等等。
服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
可选地，上述服务器110和终端设备120的数量可以更多或更少，本申请实施例对此不加以限定。
上面对本申请的场景示意图进行了简单说明，下面以应用于图1中的服务器120为例，来详细说明本申请实施例提供的气相化学模块的DCU加速计算方法。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的气相化学模块的DCU加速计算方法的流程示意图，该方法包括步骤S201-S203。
步骤S201、构建计算化学反应集合，并基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率。
本实施例中，通过首先构建计算化学反应集合，以便于后续的计算过程，在一种可实现中，可以根据气相化学模块中的各物质构建相应的计算化学反应集合，其中气相化学模块的各物质可以为输入至空气质量模型中的气象观测数据和/或污染物数据。
本实施例中，获取气相化学模块中各物质的化学反应速率，可以通过大气化学反应动力学获取各物质的化学反应速率，其中大学化学反应动力学可以定量地研究物种在大气中的化学反应速率，通过揭示化学反应机理，构建反应速率方程，获取各物质的化学反应速率。
在一种实施方式中，步骤S201中构建计算化学反应集合，可以包括以下步骤：基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合。
可以理解的，CBM-Z化学机制是一种集成化学机制，可有效降低计算成本。该机制主要由广泛使用的碳键机制(CBM-IV)开发的一种新的集总结构机制，以在更大的空间和更长的时间尺度上正常运行。该机制相较于其它机制的主要改进包括修改无机化学；显式处理反应性较低的石蜡、甲烷和乙烷；修正了反应性链烷烃、烯烃和芳烃反应的参数化；包含烷基和酰基过氧自由基相互作用及其与NO2的反应；包括有机硝酸盐和氢过氧化物；和基于Carter的缩合单产物机制的精制异戊二烯化学。
本实施例中，考虑到NAQPMS空气质量预报模式中可能存在大量的网格，气相化学模块需要计算大量的网格点，采用CBM-Z化学机制可以满足模式模拟的计算需求，有效平衡计算成本与效率。
进一步地，所述基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合，如图3所示，具体可以包括以下步骤：
步骤S201a、获取CBM-Z化学机制的材料数据，所述材料数据中包括若干化学反应方程；
步骤S201b、获取所述若干化学反应方程中参与反应的各物质；
步骤S201c、建立所述若干化学反应方程中参与反应的各物质与气相化学模块中的各物质之间的映射关系，并基于所述映射关系构建计算化学反应集合。
本实施例中，通过选取并下载CBM-Z化学机制材料，整理其包含的化学反应方程，参与反应的各化学物质，将机制的物质与模块中的各物质变量之间建立映射。示例图4所示，其中每行代表一个化学反应方程，每行分为三个部分，第一部分为{}，括号内为方程编号；第二部分是方程，“＝”左边为参与反应的物质，右边为生成物；第三部分以“：”开始，冒号后为方程的反应速率变量，即本实施例中后述内容提到的获取到的反应速率。
可以理解的，图4仅截取了部分CBM-Z方程的形式，本实施例使用的CBM-Z机制共包含199个化学反应方程。
本实施例中，通过建立机制中物质和模块中物质的映射关系，并利用映射关系快速定位或查找到机制中对应的化学反应方程，可以有效提高计算化学反应集合的构建效率。
在一种实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于化学反应动力学构建化学反应速率方程。
可以理解的，化学反应动力学(chemical kinetics)，也称反应动力学、化学动力学，是物理化学的一个分支，是研究化学过程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。其研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系，可以定量地研究物种在大气中的化学反应速率。
对于一个常见的化学反应可以写成：aA+bB→cC+dD，A、B为参与反应物，a、b为参与反应物的数量，C、D为生成物，c、d为生成物数量。反应速率则表示单位体积中反应进度随时间的变化率或在极限意义下，单位体积中每单位(无限小)时间内进行的基元化学物理反应的数目，在一定温度下，反应速率往往可以表示成反应体系中各组分的浓度的函数关系，这种关系称为反应速率方程，反应速率方程可以表示为：
r＝f(Ri,Xj)
式中：r表示反应速率，Ri表示反应体系中各反应物和产物的浓度，Xj表示除反应物与产物以外其他组分j的浓度。其总包反应速率方程的表达式则可以为：
r＝kAmBnCpDq
式中k为反应速率常数，m、n、p、q为级次。反应速率常数是一个与浓度无关的比例系数，但它并不是一个绝对常数，它和温度、反应介质、催化剂的存在是否有关，可以在采用的化学机制中进行设定。
进一步地，步骤S201中基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率，可以包括以下步骤：
基于所述计算化学反应集合根据所述化学反应速率方程获取气相化学模块中各物质的化学反应速率。
本实施例中，在确定计算化学反应集和上述化学反应速率方程后，即可获取各物质的化学反应速率，通过各物质的化学反应速率可反推各物质在不同时刻的浓度。
步骤S202、构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件。
相关技术中，在空气质量模型中采用常微分方程组通用求解器LSODE(LivermoreSolver for Ordinary DifferentialEquations)求解器进行物质浓度的计算，LSODE求解器基于吉尔Gear法，是NAQPMS空气质量模型的气相化学模块CBM-Z调用的原求解器。使用LSODE求解器的CBM-Z化学模块主要存在以下问题：计算量大，严重制约了整个模式的运行效率(使用LSODE的CBM-Z模块的运行时间大约占整个NAQPMS模型运行时间的80％)，而且其计算精度有待进一步提高完善。基于Gear方法和修正的牛顿迭代法的LSODE求解器计算量巨大：(1)LSODE法涉及修正的牛顿迭代，迭代计算量大；(2)修正的牛顿迭代法每次迭代涉及矩阵求导，求导计算量大。
为了提高气相化学模块的计算效率，本实施例不直接采用原求解器LSODE求解器，而是重新构建适应的化学反应求解器，该化学反应求解器将化学反应速率作为已知条件，并在后续步骤中生成对应的气相化学计算代码文件，采用DCU(Deep Computing Unit，深度计算处理器)进行加速处理。
本实施例中，步骤S202中构建化学反应求解器，具体为：基于s阶Runge-Kutta算法构建化学反应求解器。
可以理解的，基于s阶Runge-Kutta算法所构建的化学反应求解器稳定性好，求解精度高，适用于气相化学模块中的计算过程。
具体地，根据化学机制包含的物种和反应方程式，依据质量作用定律，可以写出各个物种的反应速率方程，通过代入上述获取的反应速率已知量，可得到各物质的浓度。
式中，y代表物质浓度，P为排放参数，E为消耗参数，t为时间。上式实际上代表了一组数量较大、非线性且相互关联的常微分方程组，只能求出数值解。可以理解地，f(t,y)为上述步骤获得的已知量。
为了提高计算效率，并改进以适用DCU处理器的计算需求，本实施例采用Runge-Kutta算法构建化学反应求解器，具体地：
s阶Runge-Kutta法的解为：
本实施例中，采用4阶Runge-Kutta计算，并根据实践采用嵌入的3阶法估计误差：
k1＝hf(tn,yn)
k2＝hf(tn+a2h,yn+b21k1)
k3＝hf(tn+a3h,yn+b31k1+b32k2)
k4＝hf(tn+a4h,yn+b41k1+b42k2+b43k3)
yn+1＝yn+c1k1+c2k2+c3k3+c4k4+o(h4)
控制误差及迭代步长：
Toli＝atol+rtol|yn+1,i|
hnew＝h*min(10,max(01,0.9/Err0.25))
其中atol和rtol为预先设定的误差控制参数，ai,bi，bij,ci,为系数。Est为估计误差，Err为平均误差，h为当前步长，hnew为下一步迭代的步长。
本实施例中，令gi＝γki，在进行计算时，可以直接计算g1、g2、……、gi，即可高效计算得到y，具体地，对方程解求导可得变换：
式中，f′为f函数的导数，aij、cij为系数。
本实施例中，变换得到方程组求解多为矩阵运算，且都是各物种组成的向量，不仅降低了计算量，同时更适应于DCU加速计算。此外，采用改进的4阶隐式Runge-Kutta求解器，通过上述误差、步长控制技术可以有效提高计算结果的精确性。
步骤S203、基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，并基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
本实施例中，通过选用CBM-Z气相化学机制和改进的4阶Runge-Kutta求解器，然后生成对应的气相化学计算代码。在一种可实现中，将气相化学计算代码耦合到空气质量模式的计算中，采用查找表建立模式物种与气相化学反应物种的关联，引入模型中的各物质使用化学反应动力学原理动态更新反应速率。对气相化学计算代码进行编译计算，高效求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
进一步地，步骤S203中基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，可以包括以下步骤：
获取基于所述化学反应求解器编写的代码文件；
在对所述代码文件进行测试和调优后，生成对应的气相化学计算代码文件。
具体地，通过编写对应的DCU求解器代码，编译进模型代码替换相应的计算部分，进行测试验证和调优，可实现更好的加速计算效果。
进一步地，所述气相化学计算代码文件包括多个并行算子对应的计算代码，步骤S203中基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，可以包括以下步骤：
基于深度计算处理器DCU同步执行所述并行算子对应的计算代码，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
本实施例中，将算法拆解成多个并行算子，并在ROCm计算框架完成计算，可以理解的，在ROCm计算框架中，单个并行算子称为线程(thread)，多个线程组成一个线程块(block)。算法中的向量内循环采用DCU线程同步并行计算，具体的计算流程如图5所示，首先进行求解器的参数检查，例如排放参数、消耗参数等，然后对各物种浓度进行并行计算，并行计算过程可以包括，首先计算雅可比矩阵，并进行LU分解，然后分别求解各物质的g1、g2、……、gi，然后进行误差估计、更新步长等，在达到输出时间后输出计算结果。
可以理解的，ROCm全称为Radeon Open Computing platform，为Radeon开放计算平台，为其GPU(Graphic Processing Unit，图形处理器)上的高性能和超大规模计算提供解决方案。示例性的，ROCm能为高级GPU编程框架提供底层功能，程序员可以以框架中立的方式利用ROCm，因此GPU编程框架可以在ROCm平台上实现。
此处需要说明的是，相关技术中暂时还没有基于DCU-ROCm框架的气相化学求解器计算方式，相关技术中主要使用CUDA(Compute Unified Device Architecture，统一计算架构)方案实现，ROCm加速卡是不同于CUDA的另一类开源GPU加速计算技术，可实现更高的定制灵活度，实现较好的并行加速效果，也能降低企业产品线部署的成本。
请参照图6，图6为本申请实施例提供的一种气相化学模块的DCU加速计算装置的结构示意图，包括：
第一构建模块61，其设置为构建计算化学反应集合；
速率获取模块62，其设置为基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；
第二构建模块63，其设置为构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；
代码生成模块64，其设置为基于所述化学反应集合和所述化学反应求解器生成一个或多个气相化学计算代码文件；
求解模块65，其设置为基于深度计算处理器DCU执行所述一个或多个计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
在一种实施方式中，所述第一构建模块61具体设置为，基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合。
在一种实施方式中，所述基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合，具体为：获取CBM-Z化学机制的材料数据，所述材料数据中包括若干化学反应方程；获取所述若干化学反应方程中参与反应的各物质；建立所述若干化学反应方程中参与反应的各物质与气相化学模块中的各物质之间的映射关系，并基于所述映射关系构建计算化学反应集合。
在一种实施方式中，所述装置还包括：
第三构建模块，其设置为基于化学反应动力学构建化学反应速率方程；
所述第一构建模块具体设置为，基于所述计算化学反应集合根据所述化学反应速率方程获取气相化学模块中各物质的化学反应速率。
在一种实施方式中，所述第二构建模块63具体设置为，基于s阶Runge-Kutta算法构建化学反应求解器。
在一种实施方式中，所述代码生成模块64包括：
获取单元，其设置获取基于所述化学反应求解器编写的代码文件；
生成单元，其设置为在对所述代码文件进行测试和调优后，生成对应的气相化学计算代码文件。
在一种实施方式中，所述气相化学计算代码文件包括多个并行算子对应的计算代码，所述求解模块65具体设置为，基于深度计算处理器DCU同步执行所述并行算子对应的计算代码，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
在此需要说明的是，本申请提供的上述装置，能够相应地实现上述方法实施例中服务器所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
本申请实施例相应还提供一种电子设备，如图7所示，包括：存储器71和DCU处理器72；
所述存储器71存储计算机执行指令；
所述DCU处理器72执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述电子设备执行所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
在此需要说明的是，本申请提供的上述设备，能够相应地实现上述方法实施例中服务器所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
本申请实施例相应还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被DCU处理器执行时用于实现所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
在此需要说明的是，本申请提供的上述介质，能够相应地实现上述方法实施例中服务器所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。
如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅表示一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，术语“至少一种”表示多种中的任一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、中的至少一种，可以表示包括A、B和C沟通的集合中选择的任意一个或多个元素。此外，术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种气相化学模块的DCU加速计算方法，其特征在于，包括：
构建计算化学反应集合，并基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；其中气相化学模块的各物质为输入至空气质量模型中的污染物数据；
构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；
基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，并基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度；
所述构建计算化学反应集合，包括：基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合；
所述构建化学反应求解器，包括：基于s阶Runge-Kutta算法构建化学反应求解器；
基于所述化学反应求解器生成气相化学计算代码文件，包括：
获取基于所述化学反应求解器编写的代码文件；
在对所述代码文件进行测试和调优后，生成对应的气相化学计算代码文件；
所述基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合，包括：
获取CBM-Z化学机制的材料数据，所述材料数据中包括若干化学反应方程；
获取所述若干化学反应方程中参与反应的各物质；
建立所述若干化学反应方程中参与反应的各物质与气相化学模块中的各物质之间的映射关系，并基于所述映射关系构建计算化学反应集合；
所述气相化学计算代码文件包括多个并行算子对应的计算代码，所述基于深度计算处理器DCU执行所述气相化学计算代码文件，包括：
基于深度计算处理器DCU同步执行所述并行算子对应的计算代码，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于化学反应动力学构建化学反应速率方程；
所述基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率，包括：
基于所述计算化学反应集合根据所述化学反应速率方程获取气相化学模块中各物质的化学反应速率。
3.一种气相化学模块的DCU加速计算装置，其特征在于，包括：
第一构建模块，其设置为构建计算化学反应集合；
速率获取模块，其设置为基于所述计算化学反应集合获取气相化学模块中各物质的化学反应速率；其中气相化学模块的各物质为输入至空气质量模型中的污染物数据；
第二构建模块，其设置为构建化学反应求解器，其中所述化学反应求解器将所述化学反应速率作为已知条件；
代码生成模块，其设置为基于所述化学反应集合和所述化学反应求解器生成一个或多个气相化学计算代码文件；
求解模块，其设置为基于深度计算处理器DCU执行所述一个或多个计算代码文件，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度；
所述第一构建模块具体设置为，基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合；
所述第二构建模块具体设置为，基于s阶Runge-Kutta算法构建化学反应求解器；
所述代码生成模块包括：
获取单元，其设置获取基于所述化学反应求解器编写的代码文件；
生成单元，其设置为在对所述代码文件进行测试和调优后，生成对应的气相化学计算代码文件；
所述基于CBM-Z化学机制构建计算化学反应集合，具体为：获取CBM-Z化学机制的材料数据，所述材料数据中包括若干化学反应方程；获取所述若干化学反应方程中参与反应的各物质；建立所述若干化学反应方程中参与反应的各物质与气相化学模块中的各物质之间的映射关系，并基于所述映射关系构建计算化学反应集合；
所述气相化学计算代码文件包括多个并行算子对应的计算代码，所述求解模块具体设置为，基于深度计算处理器DCU同步执行所述并行算子对应的计算代码，求解各物质在不同时刻的化学反应浓度。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和DCU处理器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述DCU处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述电子设备执行权利要求1或2所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被DCU处理器执行时用于实现如权利要求1或2所述的气相化学模块的DCU加速计算方法。
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