光化學(xué)反應(yīng)模擬中矩陣乘并行計(jì)算研究.pdf

1、光化學(xué)反應(yīng)模擬是指用計(jì)算機(jī)模擬激光與各種物質(zhì)間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。由于其模擬結(jié)果與真實(shí)實(shí)驗(yàn)極為接近，可以通過調(diào)控模擬過程中不同的激光參數(shù)反復(fù)研究激光光子對(duì)物質(zhì)的具體影響，解決了實(shí)體反應(yīng)中儀器與材料的損耗問題，因此光化學(xué)反應(yīng)得到了廣泛的應(yīng)用，為深入研究激光與物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)提供了現(xiàn)實(shí)的可能。但目前光化學(xué)反應(yīng)模擬也存在一個(gè)問題:模擬中的計(jì)算量通常都非常大。在模擬體系較大時(shí)，模擬速度特別緩慢，嚴(yán)重影響了科研進(jìn)度，需要采取必要的措施來加快模擬計(jì)算。

2、
　　 在光化學(xué)反應(yīng)模擬中，矩陣的相乘運(yùn)算占了總計(jì)算量的80％以上。且這些矩陣的階數(shù)都比較高，數(shù)據(jù)呈帶狀分布。針對(duì)矩陣乘中乘矩陣數(shù)據(jù)分布特性采用分解優(yōu)化方法，將乘矩陣拆分為多個(gè)子矩陣，子矩陣相乘后再累加，減少了零矩陣元的相乘運(yùn)算來加快計(jì)算模擬。為了進(jìn)一步加速計(jì)算，將優(yōu)秀的串行算法(Winograd算法)，在線程級(jí)上實(shí)現(xiàn)并行。本文通過OpenMP并行技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Winograd算法的線程級(jí)并行，然后從動(dòng)靜態(tài)調(diào)度、任務(wù)塊劃分等方面進(jìn)行

3、進(jìn)一步優(yōu)化，以獲得更好的模擬效果。
　　 矩陣分解優(yōu)化前后的計(jì)算時(shí)間測(cè)試表明，優(yōu)化后矩陣乘的計(jì)算時(shí)間降低了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步測(cè)試表明基于OpenMP的Winograd算法比普通的OpenMP矩陣乘并行算法有明顯的優(yōu)越性，在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，基于OpenMP的Winograd算法具有更高的加速比，在分子體系比較大時(shí)亦表現(xiàn)出更好的可擴(kuò)展性。在16核服務(wù)器上其加速比能達(dá)到6.53，并行效率為40.83％。表明基于OpenMP的Win