共形時域有限差分方法的并行研究及應(yīng)用.pdf

1、近四十年時域共形時域有限差分法(FDTD)取得了快速的發(fā)展，在電磁工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是對于一些電大尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)目標(biāo)的仿真計算，無論是在內(nèi)存或計算時間上普通單機都顯的力不從心。利用并行技術(shù)可以將多個處理器聯(lián)合起來一起分析計算，且現(xiàn)有服務(wù)器的內(nèi)存也比較大，可以滿足計算需求。同時FDTD方法具有天然的并行性，非常有利于并行求解。共形時域有限差分法(CFDTD)較普通的FDTD技術(shù)有較高的精度，同時又保留了FDTD技術(shù)原理簡單，易于

2、編程實現(xiàn)等優(yōu)點，同樣有著廣泛的應(yīng)用。
　　本文首先驗證了CFDTD程序中金屬共形和介質(zhì)共形的優(yōu)勢，并在程序中加入了龍格庫塔指數(shù)時程差分技術(shù)來分析非磁化等離子體，以提高程序的普適性。在該算法平臺上，利用MPI技術(shù)來實現(xiàn)CFDTD程序的并行，對計算域劃分時的注意點、前處理中引入八叉樹的并行及電磁場更新的并行和數(shù)據(jù)通信都做了詳細(xì)的介紹。并且分別通過單機和胖節(jié)點來驗證并行程序的正確性和有效性。后面還利用對復(fù)雜工程模型的仿真計算來體現(xiàn)基于C

3、PU并行技術(shù)的CFDTD算法在多領(lǐng)域中的應(yīng)用價值。隨著圖形處理器(GPU)在運算能力方面的優(yōu)勢越來越明顯，在計算領(lǐng)域也越來越受到重視。目前，通過GPU加速FDTD算法是熱門的研究領(lǐng)域。本文主要介紹了兩種不同的基于GPU加速技術(shù)在CFDTD算法上的使用。第一種是基于OpenACC的GPU加速技術(shù)，闡述了其原理和如何應(yīng)用到算法程序上，它的主要特點就是提供了大量的預(yù)編譯命令，方便用戶通過GPU來加速程序，但是加速效果有待進一步提高。另一種是基