基于MPI和OpenMP的三維FDTD并行算法的研究.pdf

1、由于大量科學(xué)、工程計(jì)算的需要，電磁場的計(jì)算越來越受到重視，而經(jīng)典Maxwell方程的解析解只能在簡單特殊模型中得到，因此大量近似求解的數(shù)值方法就應(yīng)運(yùn)而生了。但一直受到計(jì)算能力的限制，很多理論上可行的數(shù)值計(jì)算方法卻在實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)，直到計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，才令電磁場數(shù)值計(jì)算方法得到廣泛的應(yīng)用。1966年K. S. Yee提出時(shí)域有限差分（FDTD）法的雛形，并在此后的數(shù)十年時(shí)間里得到不斷地發(fā)展和完善，已經(jīng)成為當(dāng)今廣泛應(yīng)用于各種電磁場計(jì)算問題

2、的一種有效方法。
　　 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)際研究、應(yīng)用中遇到的電磁場問題也越來越復(fù)雜，計(jì)算量也不斷激增，而單臺計(jì)算因受存儲能力和器件極限速度的限制，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。通過硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，繼續(xù)提高單臺計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，雖然能夠達(dá)到一定的效果，但已不可能從根本上解決實(shí)際問題。隨著并行技術(shù)的提出，利用多臺計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，原則上通過增加計(jì)算機(jī)的臺數(shù)，就能無限地提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算能力，從而解決數(shù)值計(jì)算因存儲規(guī)模和計(jì)

3、算時(shí)間造成的發(fā)展瓶頸。
　　 本文主要介紹了MPI和OpenMP的并行模型及各自的特點(diǎn)，并基于此對FDTD進(jìn)行了并行算法的實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了該程序的正確性和高效性，并從不同的子區(qū)域劃分（維數(shù)和尺度）、不同的通信方式（標(biāo)準(zhǔn)阻塞和標(biāo)準(zhǔn)非阻塞）和不同的并行模型（MPI和MPI+OpenMP）出發(fā)，研究了這些因素對并行程序效率的影響，然后提出了對提高加速比具有一定實(shí)際意義的一些方法和手段。最后總結(jié)了本文研究中所欠缺的方面和將來研究可參考的方向