電磁粒子模擬軟件并行算法的研究.pdf

1、CHIPIC軟件是由我國(guó)自主研制開發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全電磁粒子模擬軟件，采用時(shí)域有限差分結(jié)合PIC方法實(shí)現(xiàn)。論文主要研究了CHIPIC軟件2.5維版本泊松模塊求解和三維版本粒子模擬的并行算法。 泊松模塊是CHIPIC軟件2.5維版本的一個(gè)子模塊，主要采用超松弛迭代算法來(lái)求解泊松方程。論文根據(jù)超松弛迭代自身的特點(diǎn)，采用“分而治之”的并行算法設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出超松弛迭代并行算法，并分析了算法的時(shí)間復(fù)雜度、加速比和空間復(fù)雜度。

2、 為了研究的簡(jiǎn)單，論文首先對(duì)CHIPIC軟件三維冷腔模擬進(jìn)行了并行算法的研究。由于時(shí)域有限差分算法每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)電場(chǎng)值或磁場(chǎng)值的計(jì)算都只需要附近網(wǎng)格點(diǎn)的磁場(chǎng)值或電場(chǎng)值，所以同樣采用“分而治之”的并行算法設(shè)計(jì)思想，完成了冷腔模擬并行算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了正確性驗(yàn)證和效率測(cè)試。 然后在冷腔模擬并行算法的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)了全電磁粒子模擬的并行算法，由于時(shí)域有限差分計(jì)算穩(wěn)定性條件的限定，粒子在單個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)不可能超過(guò)一個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度，因