基于共享存储模式的电磁粒子模拟软件并行计算研究

• 作 者: 李正浩
• 机 构: 电子科技大学
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 并行计算 粒子模拟 时域有限差分 OpenMP MPI

近年来,随着大规模并行技术的发展,尤其是多核技术的不断进步,使得基于共享存储模式的多线程并行计算技术发挥越来越重要的作用,它对提高软件的计算效率有着十分重要的实际意义。如果将这一技术应用在有着自主知识产权的全电磁粒子模拟软件CHIPIC中,将会在现有的计算环境下,提高软件的计算效率,缩短运算时间,从而达到高效实用的目的。在并行计算领域,最主要的是两种标准:一种是采用OpenMP的共享存储模式,另一种是采用MPI的消息传递机制。在论文中,主要分析了运用OpenMP技术对CHIPIC软件并行计算效率的影响。同时,将OpenMP与MPI相结合,研究了如何采用混合编程的并行技术来提高软件的计算性能。CHIPIC采用时域有限差分(FDTD)和PIC(Particle-In-Cell)算法。论文首先研究了粒子模拟和OpenMP并行计算所采用的基本理论。然后,针对一个简单的二维波导模型,分析了在时域有限差分算法的电磁场并行计算过程中,OpenMP影响计算效率的诸多重要因素。将这一分析结果运用到CHIPIC软件的并行计算开发之中,使其能够充分利用OpenMP语句,达到较高的计算性能。最后,结合MPI标准和OpenMP标准,对CHIPIC软件的三维版本进行混合模式的并行计算编程,使软件适用于由多台多线程计算机组成的集群网络。对CHIPIC软件的串并行计算进行比较测试,结果表明,基于共享存储模式的并行计算能够提高CHIPIC软件的计算效率。同时,采用混合模式的并行计算是获得最佳计算性能的有效途径。