基于GPU的硬件加速方法在粒子模擬中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)性能的飛速發(fā)展，人們渴望能夠更加精確的模擬等離子體的特性。為此全三維相對論的粒子模擬逐漸被提出來，引入的宏粒子數(shù)目達(dá)到106～1010個(gè)，這使得PIC模擬消耗的計(jì)算機(jī)資源(包括計(jì)算機(jī)內(nèi)存以及計(jì)算時(shí)間)呈數(shù)量級的增長，為了解決龐大的計(jì)算負(fù)擔(dān)，開發(fā)相應(yīng)的并行PIC模擬算法非常重要。并行PIC模擬的很多成熟算法都基于傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的中央處理器(CPU)，但是CPU的有限資源成為計(jì)算瓶頸。過去的十年里，一種新的大規(guī)模并行處理器——GPU

2、(Graphic Processing Unit，圖形處理器)開始被應(yīng)用到科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。
　　 本文第一章介紹了等離子體粒子模擬的發(fā)展概況以及在計(jì)算中所面臨的問題。GPU的發(fā)展歷程和應(yīng)用于并行計(jì)算的發(fā)展概況。
　　 本文第二章介紹了一種將GPU視作數(shù)據(jù)并行計(jì)算設(shè)備的軟硬件體系——CUDA統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)。詳細(xì)的描述了在分析問題的過程中對計(jì)算任務(wù)進(jìn)行粗粒度和細(xì)粒度的方法，以及CUDA模型中大規(guī)模的并行線程在GPU硬件中的映

3、射方法、調(diào)度執(zhí)行方式。
　　 本文第三章以模擬多環(huán)形電子注在圓柱系統(tǒng)中的運(yùn)動軌跡為例介紹了等離子體的粒子模擬方法。其中理論分析包括：電子運(yùn)動方程的求解、電荷源的求解以及Poisson方程的求解三個(gè)部分。由于電子注的環(huán)形特征以及圓柱系統(tǒng)的軸對稱性，采用圓柱坐標(biāo)系及該坐標(biāo)系下的網(wǎng)格劃分來進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬。
　　 本文第四章結(jié)合第二、三章的介紹，分析了PIC模擬在GPU上的可行性，提出了總體的實(shí)現(xiàn)流程。把整個(gè)計(jì)算分為了帶