多GPU并行計算及其在粒子模擬中的應(yīng)用.pdf

1、粒子模擬（particle-in-cell，PIC）方法是研究帶電粒子運動規(guī)律的重要方法。伴隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，PIC方法自誕生以來便受到國內(nèi)外諸多研究機構(gòu)青睞，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，已然成為一種重要的研究手段。但隨著科學(xué)計算的發(fā)展，計算規(guī)模急劇增大，傳統(tǒng)的基于中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的計算機受制于物理結(jié)構(gòu)和能耗等問題，已經(jīng)無法滿足計算要求。與CPU不同，圖形處理器（Graphics Pro

2、cessor Unit，GPU）采用眾核結(jié)構(gòu)，內(nèi)部多達幾千個計算核心，每個計算核心都相當于一個單核處理器，這使得GPU擁有強大的計算能力。隨著GPU的快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域延伸到高性能計算（High Performance Compute，HPC）領(lǐng)域。如何將CPU和GPU結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)秀的計算能力，已然成為HPC領(lǐng)域共同研究的關(guān)鍵點，圍繞GPU設(shè)計的加速核心算法的執(zhí)行逐漸成為HPC領(lǐng)域一個重要的發(fā)展趨勢。
　　論文主要是在個

3、人計算機中研究Multi-GPUs并行計算技術(shù)，并基于Multi-GPUs實現(xiàn)激光與等離子體互作用物理過程的并行模擬，為實現(xiàn)GPU集群模擬奠定前期的實踐基礎(chǔ)。文中主要研究了基于GPU組成的不同計算架構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢，及其在粒子模擬的并行化應(yīng)用。闡述了國內(nèi)外對采用GPU技術(shù)的粒子模擬研究的最新成果，總結(jié)了CUDA的技術(shù)要點及其在不同GPU計算系統(tǒng)中的技術(shù)優(yōu)勢。論文中進一步基于激光與等離子體互作用的數(shù)理模型和實驗室開發(fā)的LPICMCC++求解

4、器軟件和串行實現(xiàn)算法，總結(jié)和提煉Multi-GPUs并行實現(xiàn)算法。采用業(yè)內(nèi)最新推出的Uuified Memory（統(tǒng)一內(nèi)存）技術(shù)，對LPICMCC++求解器不同模塊的代碼進行改寫，移植到并行計算環(huán)境中進行加速計算。
　　論文最后將激光與等離子互作用的整個物理過程在Multi-GPUs并行環(huán)境下進行了模擬驗證，以串行LPICMCC++求解器的結(jié)果為參照數(shù)據(jù)，對整個過程中不同周期的數(shù)據(jù)進行的對比，以驗證Multi-GPUs并行實現(xiàn)的正