The complexity of the models and correlations in the best estimate thermal-hydraulic codes is ever increasing. Accordingly, the thermal-hydraulic calculations for reactor design require ever increasing computation power and resources. The computing power enhancement has been achieved through the developments on the component manufacturing technologies as well as on the computer architecture. Some of these improved features have been utilized to speed up the simulations of the thermal-hydraulic computer programs.
In this study, the $\testbf{Process-Level Parllel Computation (PLPC)}$ technique has been developed based on the multiple processes in the computer with multiple CPUs. Then, the PLPC technique is applied to existing large thermal-hydraulic computer codes, RELAP5/MOD3 and COBRA-TF to investigate the possibility of reducing the wall clock time and combining the above two codes.
The development of COBRA/RELAP5 shows that the PLPC technique is very useful in combining several thermal-hydraulic computer programs that have similar numerical scheme. The COBRA/RELAP5 code, the merged version of COBRA-TF and RELAP5/MPD3, was produced to combine the excellent features of the two codes and thus to produce an enhanced best estimate code. During the merging process of the two codes, the inherent features of each code are not degraded so that the user can utilize fully the features available in each code. Through various test simulations, the merging scheme and its implementation are proven to be valid. These two large codes can be executed in parallel mode to reduce the wall clock time.
The multi-RELAP5, which can have up to five RELAP5 processes work coherently on a single user job, shows the speed-up ratio of up to 3.41 in the ideal case with perfect load share on the desk side workstation APOLLO/DN10000. For the simulation of the typical Westinghouse nuclear power plant, the speed-up ratio is also dependent upon the load share. The highest speed-up ratios are 2.51 with 3 CPU and 2.67 with 4 CPU machines respectively. With the problem of practical size (e.g. total 100 cells in the system), the overhead due to the asymmetric load distribution is the dominating factor. The equal load test tells us that the number of RELAP5 processes should be the same as the number of CPUs in the computer to achieve the highest performance. When the number of process is greater than the number of CPUs available in the computer systems, the overhead due to process stacking becomes serious.
All the above studies show that the Process-Level Parallel Computation technique is feasible and promising.
최근의 열수력 최적평가코드의 모델 및 상관식은 그 복잡성이 계속 증가 하고있다. 그와 함께 원자로 설계를 위한 열수력 계산은 더 강력한 계산 능력을 가진 더 큰 용량의 컴퓨터의 출현을 요구하고 있다. 컴퓨터의 계산 능력은 컴퓨터 구조의 개선과 함께 부품제조기술의 개발에 의해 크게 향상되고 있으며 이렇게 개선된 사안들은 열수력 전산코드의 계산속도 증가에 활용 되고있다.
본 연구에서는 다중의 중앙처리장치(CPU)를 가진 컴퓨터에서 다중 프로세스에 근거한 프로세스급 병렬계산(Prosess-Level Parallel Computation) 방법을 개발하고 그 방법을 기존의 RELAP5/MOD3 와 COBRA-TF등의 전산코드에 적용하여 실시간의 단축과 두 코드의 결합 등에 사용하였다.
COBRA/RELAP5의 개발은 PLPC 방법이 같은 수치해석 체제에 입각하여 만든 두 전산코드의 결합에 매우 유용하게 쓰임을 보여주었다. RELAP5/MOD3 와 COBRA-TF 를 결합하여 만든 COBRA/RELAP5 코드는 결합시에 각 코드의 성능을 전혀 감소시키지 않도록 하고 이루어 지었으므로 각 코드의 장점을 그대로 활용 할 수 있게 되었으며 상기 두 코드는 COBRA/RELAP5 내에서 병렬계산을 하기 때문에 실시간 단축이 가능하게 되었다. 또한 각종의 시험을 통해 결합체제 및 결합작업이 옳바름을 확인 하였다.
multi-RELAP5 는 한개의 사용자 작업을 위해 다섯개 까지의 독립적인 RELAP5/MOD3 프로세스 가 함께 작업 할수 있도록 만든 것으로서 이상적인 경우 APOLLO/DN10000 전산기에서 3.41 배의 가속비를 보여주었다. 전형적인 웨스팅하우스 3 루푸 발전소 에서는 3CPU 및 4 CPU 전산기의 경우 각각 2.51 및 2.67 의 가속비를 보였다. 실제적인 크기의 문제(총 100 노드 이상)를 계산하는데에는 비대칭적 작업량 분할에 기인된 비효율성이 가장큰 것으로 밝혀지었다. 최대의 가속비는 RELAP5 프로세스의 갯수와 CPU 갯수가 같을 때 얻어 진다. 만약 RELAP5 프로세스의 갯수와 CPU 갯수보다 많을 경우 에는 프로세스 중첩에의한 비효율성이 나타나기 시작한다.
이상의 연구결과로 볼 때 프로세스급 병렬계산 방법은 사용이 용이하고 희망적 이라고 판단된다.
