1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE的多核TBB并行研究

发布时间：2017-08-26 13:30

  本文关键词：1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE的多核TBB并行研究

  更多相关文章： BUMBLEBEE 线程构建模块 加速比 多核加速 激光与等离子体互作用

【摘要】：当我们遇到某些复杂问题的时候,传统的数学建模或者实验技术不一定能解决,比如大尺度的自然现象、瞬态的物理过程、一些具有复杂边界的问题等。随着计算机的高速发展,人们开始通过计算机来解决这样的问题,且取得了显著的成绩,但是随着模型增大或问题的精细化,使得计算机模拟负担呈数量级的增长,因此提高计算效率非常关键。通过硅工艺来提高CPU的频率已经达到了瓶颈,想要通过提高CPU频率来增加运算速度显然很困难,因此人们瞄向了多核并行。Intel公司的多核处理器已经日趋成熟,还发明了应用于多核编程的TBB线程构建模块,通过线程构建模块,将大大提高某些程序的运行效率。1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE是一款描述激光和物质互作用的粒子模拟软件。由于它的运行时间长,且又是一款适合并行的软件,因此本文基于因特尔公司的TBB线程构建模块,将1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE的串行程序并行化,主要工作包括:1.对TBB产生的背景及其并行环境Intel Parallel Studio做了简单的介绍,通过对比其他的编程语言如MPI和Open MP,阐述了选择TBB线程构建模块的原因。2.对串行代码的数据结构做了介绍,包括各个模块的功能和模块之间的执行顺序,然后通过Intel Parallel Studio中自带的工具对串行代码的热点做了分析。3.对本文中需要用到的TBB模板做了详细介绍,包括循环并行模板parallel_for和任务调度器task模板,对TBB中的其他功能作了简要的介绍。4.详细的描述了并行的具体步骤,对并行过程中遇到的数据竞争问题做了分析,详细的描述了解决数据竞争的算法及其原理,展示了并行程序相对于串行程序的加速比以及并行程序的可扩展性,其中加速比在四核下接近于线性加速,可扩展性良好。5.对比了并行程序和串行程序的运行结果(运行结果包括场的变化、粒子位置的变化等),最终结果完全一致,验证了并行程序的正确性。最后分析了运行结果随时间的变化过程。
【关键词】：BUMBLEBEE 线程构建模块 加速比 多核加速 激光与等离子体互作用
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24;TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 工作背景10
• 1.2 并行时代的来临10-12
• 1.2.1 功率密度的飙升10-11
• 1.2.2 多核计算机的出现11-12
• 1.3 论文所作的工作12-13
• 1.4 论文的结构安排13-14
• 第二章 TBB及其并行环境简介14-23
• 2.1 TBB的优势14-16
• 2.1.1 与裸线程和MPI的比较15
• 2.1.2 与OpenMP的比较15-16
• 2.2 Intel Parallel Studio简介16-22
• 2.2.1 Parallel Advisior的工作流程17-18
• 2.2.2 Parallel Composer XE简介18-19
• 2.2.3 VTune Amplifier XE简介19-20
• 2.2.4 Parallel Inspector XE20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 串行代码结构及线程构建模块简介23-32
• 3.1 串行代码简介23-25
• 3.2 串行代码的修改25-26
• 3.2.1 数组类型为网格25
• 3.2.2 数组类型为粒子25-26
• 3.3 TBB线程构建模块简介26-31
• 3.3.1 循环并行化26-30
• 3.3.2 任务调度器并行30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE的并行算法32-49
• 4.1 BUMBLEBEE串行代码的热点分析32-34
• 4.2 BUMBLEBEE的并行34-48
• 4.2.1 并行中的安全性34-37
• 4.2.2 并行算法37-41
• 4.2.3 并行加速比41-46
• 4.2.4 可扩展性46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 结果分析49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 运行结果分析49-58
• 5.2.1 场分布对比50-55
• 5.2.2 粒子分布特性对比55-58
• 5.3 总结58-59
• 第六章 总结与展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63

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