基于GPU的激光與等離子體互作用PIC-MCC模擬并行研究.pdf

1、在日常的生產(chǎn)和生活中，能源是起著至關(guān)重要的作用。隨著化石能源的日益枯竭，人類正在面臨著一場前所未有的能源危機(jī)。能源的發(fā)展與創(chuàng)新，是全世界各國人民共同關(guān)心的問題，也是我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中必須要著重解決的問題。
　　核聚變反應(yīng)可以釋放大量的能量，并且對環(huán)境的污染較小，是化石能源的理想代替品?？禳c火方式是有望實現(xiàn)慣性約束聚變的重要途徑之一，吸引了很多學(xué)者對其進(jìn)行研究，其中理論及數(shù)值模擬是當(dāng)前對快點火研究的重要手段之一。但是由于快點火過程中

2、激光超短超強、帶電粒子密度高且密度跨越數(shù)量級大，這就使得對快點火中關(guān)鍵物理問題的模擬勢必會產(chǎn)生龐大的計算負(fù)擔(dān)、延長研究周期。隨著對CPU有限資源的開發(fā)殆盡，人們開始把目光轉(zhuǎn)向了另一種處理器——GPU。GPU的獨特結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)并行計算，在高性能計算的領(lǐng)域倍受科研人員的青睞。
　　本文以電子科技大學(xué)開發(fā)的包含碰撞效應(yīng)的相對論激光等離子體互作用模擬軟件LPICMCC++為基礎(chǔ)，對激光等離子體互作用PIC/MCC模擬的并行技術(shù)展開研究，開

3、發(fā)了基于 GPU的激光等離子體互作用模擬并行算法，完成了并行LPICMCC++代碼的編制、調(diào)試和測試。主要內(nèi)容有：
　　1.介紹了論文工作的研究背景與研究意義。概述了慣性約束聚變的基本原理，簡單介紹了慣性約束聚變的快點火方式及其國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)及研究現(xiàn)況。對基于GPU的并行計算基礎(chǔ)進(jìn)行了闡述，包括硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及編程模型。
　　2.對包含碰撞效應(yīng)的相對論激光等離子體互作用模擬軟件 LPICMCC++的數(shù)值模擬算法進(jìn)行了詳細(xì)的介

4、紹，包括：粒子運動的求解、電荷和電流密度的求解、場的求解、光電離、電子碰撞電離及兩體碰撞。上述算法及由此算法開發(fā)的串行軟件為后續(xù)LPICMCC++的并行化奠定了基礎(chǔ)。
　　3.以 LPICMCC++軟件的并行化為例，詳盡的說明了 PIC/MCC方法如何在GPU上并行實現(xiàn)。包括熱點剖析、對原有LPICMCC++串行代碼的改進(jìn)、PIC/MCC模擬各個模塊在CUDA中的實現(xiàn)。
　　4.以超短超強激光與等離子體互作用的物理模型為例，