色散光子晶體的GPU-FDTD并行算法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算方法的飛速發(fā)展，幾乎所有的科學(xué)都趨于定量化和精確化。電磁場時(shí)域有限差分法（FDTD）被提出后，用時(shí)域方法求解麥克斯韋微分方程是簡單高效的求解方法之一，同時(shí)也不斷地向工程技術(shù)領(lǐng)域滲透。為了準(zhǔn)確地模擬其電磁特性，保證解的穩(wěn)定性，時(shí)間空間步長需相應(yīng)地取得很小，這就使計(jì)算量猛增。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，圖形處理器（GPU）的實(shí)際浮點(diǎn)運(yùn)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同期的CPU。利用圖形處理器進(jìn)行通用計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對數(shù)值計(jì)算的加速，已成為計(jì)算圖形學(xué)與高性

2、能計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用GPU實(shí)現(xiàn)FDTD并行計(jì)算，加速了光子晶體的數(shù)值模擬，具有一定的意義。
　　本文分析了基于GPU的CUDA統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備構(gòu)架。在此基礎(chǔ)上，從FDTD離散方程出發(fā)，按照CUDA編程模型實(shí)現(xiàn)了對FDTD計(jì)算任務(wù)并行分解。針對GPU并行計(jì)算特點(diǎn)，將數(shù)值計(jì)算從CPU轉(zhuǎn)移到GPU上，實(shí)現(xiàn)了基于GPU的2D-FDTD并行計(jì)算。通過優(yōu)化線程結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)，加速比能夠達(dá)到14倍左右，取得了很好數(shù)值計(jì)算加速。
　　本文

3、推導(dǎo)了含有色散介質(zhì)的FDTD方程，初步研究了含有電磁誘導(dǎo)透明（EIT）介質(zhì)光子晶體的相關(guān)特性。通過設(shè)計(jì)一維光子晶體以及二維光子晶體，在光子晶體缺陷結(jié)構(gòu)中摻入EIT介質(zhì)，利用色散GPU-FDTD進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了材料色散對光子晶體禁帶和缺陷模的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：加入EIT介質(zhì)后，導(dǎo)致了缺陷模式的增加，同時(shí)缺陷模的頻帶寬度也變得更窄；改變控制光光強(qiáng)，EIT色散特性發(fā)生改變，導(dǎo)致缺陷模的頻率也發(fā)生了平移。利用EIT對缺陷模的影響特性，