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随着计算机模拟技术的发展,对计算机运算速度、处理精度的要求越来越高。为了在有限的计算机资源条件下求解大规模计算机模拟任务,因此基于高性能计算机技术的并行计算技术得到了很好的应用。目前,激光诱导光化学反应计算机模拟技术在我国正处在萌芽阶段,能够快速、真实、直观的反映激光诱导光化学反应实验过程是每个相关学者关注的问题。因此,计算机并行计算技术为解决这一难题提供了很好的解决手段。
工作站集群系统的节点可以是一台PC机也可以是SMP,且机群具有性价比高的优势,本文采用机群作为并行计算系统,且每个节点为SMP;采用局域网上的消息传递(MPI)进行进程间的通信具有较高的可移植性。
本文在机群上实现并行计算主要是对激光诱导光化学反应模拟程序进行Hamiltonian矩阵并行化构成。选择甲基偶氮苯等体系进行测试分析,研究体系的光致异构化反应变化,以及理论分析了基于分子动力学反应模拟的中心点并行算法,给出了具体的并行算法设计方案。本文的核心工作具体有以下三个部分,概括如下:
第一部分:研究一种新的基于激光诱导光化学反应模拟的Hamiltonian矩阵构成并行策略应用:通过并行策略将Hamiltonian矩阵构成并行化,提高体系运算效率,并在不同体系下进行测试且对实验结果分析,结果表明,并行后的激光诱导光化学反应计算机模拟系统在再现实验过程的前提下提高了运算效率,也发现某些影响运算速度的因为;
第二部分:激光诱导光化学反应计算机模拟工作:用半经典动力学方法模拟甲基取代偶氮苯光致异构化反应机理,分析总结了偶氮苯及其甲基衍生物异构化过程的时间,并以之为模型解释了几种高分子聚合物形成表面起伏光栅的速率差异的因为。
第三部分:研究基于分子动力学模拟的并行算法:详细描述了中心点算法的思想、基本执行步骤,并将该算法与传统的空间分解并行方法在各方面进行了理论比较分析,结果表明,中心点算法在计算量、通信量、负载均衡等方面均具有性能优势。