高性能时域有限积分方法研究及其应用

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:login_action
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
从上世纪60年代至今,半个多世纪以来计算电磁学一直以工程应用为目标不断地发展。近些年来,随着工程问题的复杂化和计算目标的大型化,电磁计算面临着精度、效率等多方面的挑战。特别对于电大尺寸和精细结构问题,使用传统的方法进行仿真计算的周期过长,这大大限制了计算电磁学在实际工程中的应用。幸运的是计算机硬件的发展使得并行技术为实现高效电磁计算技术提供了一条可行的途径。本文围绕着高性能电磁计算的主题开展了使用OpenMP和CUDA进行时域有限积分技术的CPU和GPU并行化研究。  首先,本文研究了串行时域有限积分技术。给出了时域有限积分技术的迭代格式和吸收边界条件,研究了串行时域有限积分技术的流程框架,将时域有限积分技术的流程划分为多个模块,并对各个模块进行了分析。  然后使用当前流行的并行分析工具Intel Parallel Studio对整个计算流程进行了分析,发现了程序中的热点,确定了并行算法中的串行和并行域划分。根据当前流行的并行方式和实际的硬件环境,运用数据并行和任务并行分别设计了基于CPU并行的时域有限积分算法。使用OpenMP作为工具实现了基于共享内存框架的并行计算程序,并使用典型的数值算例对并行算法的精度和效率进行了验证。  最后结合时域有限积分技术的特点,本文对近年来兴起的基于图形处理单元(GPU)的高性能数值计算技术进行了研究。以主流的GPU并行工具NVIDIA公司的统一计算设备架构为对象,研究了该架构的硬件架构、软件开发层次和编程模型。根据统一计算设备架构编程模型设计了适用于时域有限积分技术的GPU并行方法,针对算法中的各个计算域进行了线程格组织方式的分析和设计。最后针对实际工程中的观测需求和软件复用的方便性,给出了CPU-GPU混合并行的设计方案。
其他文献
正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)是一种先进的核医学成像设备。PET能够从活体生物分子水平上成像,反映生物体机体功能的变化,因而对于生物化学、生理
根据《中国植物志》记载,蓼科(Polygonaceae)木蓼属(Atraphaxis)、沙拐枣属(Calligonum)、双翅果蓼属(Pteropyrum)和翅果蓼属(Parateropyrum)一同组成了传统意义上的木蓼族(At
现代教学十分重视情感教育的作用。实践证明任何一个成才者并非全由智力因素单方面决定,而是由智力与非智力因素共同制约的。而情感正是非智力因素的核心,是教育学生成功的关键
目前,根据国家标准或国际标准研制的矫顽力测量仪器主要是针对软磁试样的。在实际应用中,常常会用到各种形状复杂的软磁零件。把用于试样的测量仪器对零件进行测量时会存在一
测定HIV-1发病率对于HIV研究和制定预防措施具有重要的科学意义和应用价值,目前主要的研究方法包括队列研究、基于横截面数据的数学模型和生物分子标记检测。其中,生物分子标记
微带结构的滤波器由于具有尺寸小、重量轻、成本低、易于集成等优点,在微波集成电路(mC)与射频集成电路(RHC)中有着广泛的应用。微带滤波器的种类和结构多种多样,其中基于双模
国民经济的发展让电力系统运行的安全性要求变得越来越高,预防污闪事故的关键之一是绝缘子污秽的检测方法以及相关技术。本文主要研究了使用双极化狄克辐射计对绝缘子污秽辐射
X射线有着独特的物理效应和化学效应,一直以来在医疗领域和生产领域具有广泛的应用,目前市场上的大多数X射线管采用的是热阴极电子源。相对于热阴极电子源,冷阴极电子源的X射线
香蕉枯萎病是破坏维管束导致植株死亡的毁灭性病害。其病原菌是尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum fsp. cubense,FOC),又称香蕉枯萎病菌。该菌有4个生理小种,1号小种(FOC
毫米波调频连续波(FMCW)雷达具有发射功率低、体积小、距离分辨率高、抗干扰能力强、截获率低等优势,因此被广泛应用于目标探测、测速、测距等领域。对于单天线FMCW雷达,由于环