离子推进器粒子模拟的GPU加速研究

发布时间：2020-12-16 02:03

　　人类对太空的探索欲望不断促进着航天科技的进步,这种进步扩大了人类对世界的认知范围,并且为人类的生活带来了便利。对太空的深入探索以及对其空间的利用是人类未来科技的重点发展方向之一。实现深空探索需要技术先进的推进器作为支撑,离子推进器具有寿命长、比冲高、推力调节方便等优点,且已被广泛应用于通信卫星、深空探测器等航天器上,主要作用包括航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。为了详细描述离子推进器的各项核心参数,评价和改善离子推进器的性能,科研人员越来越多地采用数值模拟方法（目前以PIC方法为主）来对离子推进器内部的物理机制进行研究。但PIC方法效率低下,而通过研究GPU高性能计算在PIC模拟中的应用,可以极大的提高PIC模拟效率。本论文建立在电子科技大学自主研发的离子推进器PIC/MCC软件BUMBLEBEE-EP基础上,对其带电粒子与电磁场互作用求解器实施并行化,同时将其应用于离子推进器的物理机制研究中。本文主要工作与创新包括:1.概述了离子推进器的研究背景、研究意义、工作原理以及主要研究方向,总结出放电室的物理机制是离子推进器的主要研究方向之一。放电室的研究主要是数值模拟手段,提... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

离子推进器放电室示意图

设计初衷是为了优化图形显示，实现最大的数据吞吐量，其并行计算能 CPU，同时拥有较普通内存位宽更大、频率更高的专用内存，即显存，大规模数据。GPU 设计初衷是为了解决图形显示问题，这种设计需求使件架构与 CPU 相比有很大区别[26]。在像素处理上，每一个像素点色彩和算对处理器性能要求不高，但是众多的像素点需要在极短的时间内处理示出一副完整图像。所以 GPU 拥有非常多的构造简单的处理核心，这些立存在的，一旦有图形处理需求，这些核心被同时调度起来开辟非常多程去处理显示问题，这种处理方式与 CPU 采用中断处理问题有根本不同控制单元比较复杂，可以做复杂的逻辑控制，这就需要 CPU 的处理器单较强，在处理多线程时采用时分复用的模式；而 GPU 中单个处理器的性，逻辑处理能力不如 CPU，但是其处理器数量众多，适合做单指令多数，即每个线程的指令是相同的但是其传入的数据不同。如图 2-1 所示绿色理器中的处理核心，GPU 中的处理核心明显多于 CPU。图 2-2 展示了 C多线程时，其实三个线程都是同一个核心在计算，只是每个线程分时使而 GPU 中每个 SP 都会独立处理一个线程，不存在分时使用计算资源[27

CPU和GPU线程处理模式


本文编号：2919314