三维FDTD并行算法的研究及应用

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随着计算机技术的快速发展,电磁场数值计算方法的研究得到了迅速的发展。数值算法中的时域有限差分法(FDTD)近年来被广泛使用于各种工程实际问题中。该方法一次计算可以得到宽频带信息并且便于处理复杂形状和复杂介质的电磁问题。本文针对复杂结构目标或电大尺寸的FDTD计算对内存要求高、计算耗时长的缺点,提出了基于MPI网络并行平台的三维FDTD并行算法,并应用于实际的算例中,实现了更高的计算效率。在三维FDTD并行算法实现中,本文针对FDTD方法局域性特点,与以往的一维拓扑模式不同,创建了笛卡尔三维虚拟拓扑结构,实现三维方向上的区域分割;建立自定义数据类型,避免频繁的数据打包和解包过程,节省了打包和解包过程中中间存储变量占用的空间,减少了通信开销;采用阻塞式数据通信,缩短了通信延迟,提高了子域间的通信效率。本套三维FDTD并行算法是在由PC机组成的网络并行系统上,基于MPI并行开发环境实现的。详细讨论了并行FDTD算法中的二阶Mur和UPML吸收边界的并行化处理方法,讨论了负载平衡问题,同时,分析了并行FDTD算法的并行性能。
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