基于GPU的硬件加速方法及其在積分方程數(shù)值解中的應(yīng)用.pdf

1、由于實(shí)際工程需求，電大尺寸目標(biāo)電磁散射特性分析一直是研究熱點(diǎn)。當(dāng)目標(biāo)電尺寸太大時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)的有限計(jì)算資源成為瓶頸。為了解決此問題，可以應(yīng)用并行計(jì)算技術(shù)如集群系統(tǒng)。近年來，一種新的大規(guī)模并行處理器——圖形處理單元(GPU)開始被應(yīng)用到計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域。 本文利用GPU實(shí)現(xiàn)了并行矩量法(MoM)，加速率超過了100倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)并行系統(tǒng)能達(dá)到的加速率。此外，本文設(shè)計(jì)了矩陣分割算法，將阻抗矩陣分為多個(gè)小塊分別計(jì)算，利用大容量系統(tǒng)內(nèi)存

2、作為顯存的替代，使得程序不再受到顯存容量的限制，從而具有了計(jì)算實(shí)際工程問題的能力。 為了進(jìn)一步提高程序處理電大尺寸目標(biāo)電磁散射問題的能力，本文將基于GPU的并行矩量法與一種新型的相位提取基函數(shù)相結(jié)合，利用很少的未知量就可以對電大尺寸目標(biāo)精確建模。從而實(shí)現(xiàn)在單機(jī)上快速高效求解全尺寸軍用目標(biāo)電磁散射特性。 由于矩量法的內(nèi)存需求和計(jì)算復(fù)雜度都是O(N2)，當(dāng)未知量數(shù)目較大時(shí)，矩量法消耗的資源往往超過單機(jī)的限制。本文詳細(xì)分析了并

3、行多層快速多極子方法(MLFMA)的關(guān)鍵流程，成功實(shí)現(xiàn)了基于GPU的并行多層快速多極子方法。所有數(shù)值結(jié)果均與精確計(jì)算方法結(jié)果吻合良好，充分說明本文中算法的高效性及準(zhǔn)確性。 本文的研究工作將最前沿的計(jì)算機(jī)科學(xué)成果引入到計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了電大尺寸復(fù)雜工程目標(biāo)電磁散射問題的單機(jī)快速求解，為工程應(yīng)用提供了一種高效分析手段。同時(shí)，本文的工作證明了基于GPU的硬件加速方法非常適合計(jì)算電磁學(xué)算法，有助于推動GPU在計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域得到更多應(yīng)