基于共享存儲模式的電磁粒子模擬軟件并行計算研究.pdf

1、近年來，隨著大規(guī)模并行技術(shù)的發(fā)展，尤其是多核技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得基于共享存儲模式的多線程并行計算技術(shù)發(fā)揮越來越重要的作用，它對提高軟件的計算效率有著十分重要的實(shí)際意義。如果將這一技術(shù)應(yīng)用在有著自主知識產(chǎn)權(quán)的全電磁粒子模擬軟件CHIPIC中，將會在現(xiàn)有的計算環(huán)境下，提高軟件的計算效率，縮短運(yùn)算時間，從而達(dá)到高效實(shí)用的目的。 在并行計算領(lǐng)域，最主要的是兩種標(biāo)準(zhǔn)：一種是采用OpenMP的共享存儲模式，另一種是采用MPI的消息傳遞機(jī)制。

2、在論文中，主要分析了運(yùn)用OpenMP技術(shù)對CHIPIC軟件并行計算效率的影響。同時，將OpenMP與MPI相結(jié)合，研究了如何采用混合編程的并行技術(shù)來提高軟件的計算性能。 CHIPIC采用時域有限差分(FDTD)和PIC(Particle-In-Cell)算法。論文首先研究了粒子模擬和OpenMP并行計算所采用的基本理論。然后，針對一個簡單的二維波導(dǎo)模型，分析了在時域有限差分算法的電磁場并行計算過程中，OpenMP影響計算效率的

3、諸多重要因素。將這一分析結(jié)果運(yùn)用到CHIPIC軟件的并行計算開發(fā)之中，使其能夠充分利用OpenMP語句，達(dá)到較高的計算性能。最后，結(jié)合MPI標(biāo)準(zhǔn)和OpenMP標(biāo)準(zhǔn)，對CHIPIC軟件的三維版本進(jìn)行混合模式的并行計算編程，使軟件適用于由多臺多線程計算機(jī)組成的集群網(wǎng)絡(luò)。 對CHIPIC軟件的串并行計算進(jìn)行比較測試，結(jié)果表明，基于共享存儲模式的并行計算能夠提高CHIPIC軟件的計算效率。同時，采用混合模式的并行計算是獲得最佳計算性能的