基于GPU的激光与等离子体互作用PIC/MCC模拟并行研究
发布时间：2021-09-01 16:03
在日常的生产和生活中,能源是起着至关重要的作用。随着化石能源的日益枯竭,人类正在面临着一场前所未有的能源危机。能源的发展与创新,是全世界各国人民共同关心的问题,也是我国社会经济发展中必须要着重解决的问题。核聚变反应可以释放大量的能量,并且对环境的污染较小,是化石能源的理想代替品。快点火方式是有望实现惯性约束聚变的重要途径之一,吸引了很多学者对其进行研究,其中理论及数值模拟是当前对快点火研究的重要手段之一。但是由于快点火过程中激光超短超强、带电粒子密度高且密度跨越数量级大,这就使得对快点火中关键物理问题的模拟势必会产生庞大的计算负担、延长研究周期。随着对CPU有限资源的开发殆尽,人们开始把目光转向了另一种处理器——GPU。GPU的独特结构能够实现并行计算,在高性能计算的领域倍受科研人员的青睐。本文以电子科技大学开发的包含碰撞效应的相对论激光等离子体互作用模拟软件LPICMCC++为基础,对激光等离子体互作用PIC/MCC模拟的并行技术展开研究,开发了基于GPU的激光等离子体互作用模拟并行算法,完成了并行LPICMCC++代码的编制、调试和测试。主要内容有:1.介绍了论文工作的研究背景与研...
【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】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 快点火方法原理及国内外研究发展现状
1.3 本文的主要工作与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 基于GPU并行计算的基础
2.1 引言
2.2 GPU系统结构
2.2.1 Kepler GK110架构
2.2.2 Kepler GK110内存子系统
2.3 GPU编程模型
2.3.1 内核与CUDA中线程的调度执行
2.3.2 CUDA的存储器结构
2.3.3 CPU与GPU异构编程
2.4 本章小结
第三章 LPICMCC++软件的PIC/MCC模拟算法
3.1 粒子运动的求解
3.2 电荷和电流密度的求解
3.3 场的求解
3.3.1 横向场的求解
3.3.2 纵向场的求解
3.4 光电离
3.5 电子碰撞电离
3.6 两体碰撞
3.7 本章小结
第四章 PIC/MCC方法在GPU上的并行
4.1 LPICMCC++串/并行程序概述
4.1.1 PIC/MCC模拟流程
4.1.2 CPU程序剖析
4.1.3 程序流程和数据结构
4.2 粒子运动的求解在CUDA中的实现
4.3 源的求解在CUDA中的实现
4.4 场的求解在CUDA中的实现
4.5 光电离求解在CUDA中的实现
4.6 两体碰撞在CUDA中的实现
4.7 电子碰撞电离在CUDA中的实现
4.8 本章小结
第五章 总体实现及结果分析
5.1 结果正确性检查
5.1.1 粒子密度信息对比
5.1.2 场的分布对比
5.1.3 误差
5.2 加速比
5.3 本章小结
第六章 总结
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NVIDIA Kepler的PIC方法并行[J]. 文敏华,林新华,Simon Chong Wee See. 计算机工程与科学. 2013(11)
[2]神光Ⅱ装置直接驱动柱形靶压缩[J]. 王伟,方智恒,贾果,王瑞荣,安红海,谢志勇,叶君建,周华珍,王琛,吴江,雷安乐,傅思祖. 强激光与粒子束. 2013(09)
[3]基于CUDA的SVM算法并行化研究[J]. 张巍,张功萱,王永利,张永平,朱昭萌. 计算机科学. 2013(04)
[4]粒子模拟程序的发展及其在激光等离子体相互作用研究中的应用[J]. 陈民,盛政明,郑君,马燕云,张杰. 计算物理. 2008(01)
[5]日本聚变项目的最新进展[J]. YAG. 激光与光电子学进展. 2007(10)
[6]超短超强激光与Cu靶相互作用中质子背向发射的实验测量[J]. 周维民,谷渝秋,丁永坤,郑志坚,蔡达峰,淳于书泰,温天舒,陈豪,焦春晔,葛芳芳,王光昶,尤永禄玲,何颖玲. 强激光与粒子束. 2004(11)
[7]快点火物理及其对数值模拟的要求[J]. 常铁强. 中国核科技报告. 2004(01)
[8]基于图形处理器（GPU）的通用计算[J]. 吴恩华,柳有权. 计算机辅助设计与图形学学报. 2004(05)
硕士论文
[1]SPIHT图像压缩算法的GPU实现[D]. 李亚乾.哈尔滨工业大学 2013
[2]磁体馈线系统诊断线盒的结构优化设计研究[D]. 刘畅.合肥工业大学 2013
[3]GPU并行计算在医学图像处理中的应用研究[D]. 李英敏.天津大学 2012
[4]基于分治策略的背包问题GPU并行算法研究[D]. 蒋瀚洋.湖南大学 2012
[5]基于GPU的硬件加速方法在粒子模拟中的应用[D]. 高强.电子科技大学 2010
[6]面向大规模科学计算的CPU-GPU异构并行技术研究[D]. 方旭东.国防科学技术大学 2009
[7]快点火中激光与锥靶相互作用及电子输运的粒子模拟研究[D]. 刘占军.中国工程物理研究院 2007
[8]飞秒激光与固体靶相互作用产生的硬X射线能谱测量研究[D]. 陈豪.四川大学 2004
本文编号：3377276
【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】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 快点火方法原理及国内外研究发展现状
1.3 本文的主要工作与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 基于GPU并行计算的基础
2.1 引言
2.2 GPU系统结构
2.2.1 Kepler GK110架构
2.2.2 Kepler GK110内存子系统
2.3 GPU编程模型
2.3.1 内核与CUDA中线程的调度执行
2.3.2 CUDA的存储器结构
2.3.3 CPU与GPU异构编程
2.4 本章小结
第三章 LPICMCC++软件的PIC/MCC模拟算法
3.1 粒子运动的求解
3.2 电荷和电流密度的求解
3.3 场的求解
3.3.1 横向场的求解
3.3.2 纵向场的求解
3.4 光电离
3.5 电子碰撞电离
3.6 两体碰撞
3.7 本章小结
第四章 PIC/MCC方法在GPU上的并行
4.1 LPICMCC++串/并行程序概述
4.1.1 PIC/MCC模拟流程
4.1.2 CPU程序剖析
4.1.3 程序流程和数据结构
4.2 粒子运动的求解在CUDA中的实现
4.3 源的求解在CUDA中的实现
4.4 场的求解在CUDA中的实现
4.5 光电离求解在CUDA中的实现
4.6 两体碰撞在CUDA中的实现
4.7 电子碰撞电离在CUDA中的实现
4.8 本章小结
第五章 总体实现及结果分析
5.1 结果正确性检查
5.1.1 粒子密度信息对比
5.1.2 场的分布对比
5.1.3 误差
5.2 加速比
5.3 本章小结
第六章 总结
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NVIDIA Kepler的PIC方法并行[J]. 文敏华,林新华,Simon Chong Wee See. 计算机工程与科学. 2013(11)
[2]神光Ⅱ装置直接驱动柱形靶压缩[J]. 王伟,方智恒,贾果,王瑞荣,安红海,谢志勇,叶君建,周华珍,王琛,吴江,雷安乐,傅思祖. 强激光与粒子束. 2013(09)
[3]基于CUDA的SVM算法并行化研究[J]. 张巍,张功萱,王永利,张永平,朱昭萌. 计算机科学. 2013(04)
[4]粒子模拟程序的发展及其在激光等离子体相互作用研究中的应用[J]. 陈民,盛政明,郑君,马燕云,张杰. 计算物理. 2008(01)
[5]日本聚变项目的最新进展[J]. YAG. 激光与光电子学进展. 2007(10)
[6]超短超强激光与Cu靶相互作用中质子背向发射的实验测量[J]. 周维民,谷渝秋,丁永坤,郑志坚,蔡达峰,淳于书泰,温天舒,陈豪,焦春晔,葛芳芳,王光昶,尤永禄玲,何颖玲. 强激光与粒子束. 2004(11)
[7]快点火物理及其对数值模拟的要求[J]. 常铁强. 中国核科技报告. 2004(01)
[8]基于图形处理器（GPU）的通用计算[J]. 吴恩华,柳有权. 计算机辅助设计与图形学学报. 2004(05)
硕士论文
[1]SPIHT图像压缩算法的GPU实现[D]. 李亚乾.哈尔滨工业大学 2013
[2]磁体馈线系统诊断线盒的结构优化设计研究[D]. 刘畅.合肥工业大学 2013
[3]GPU并行计算在医学图像处理中的应用研究[D]. 李英敏.天津大学 2012
[4]基于分治策略的背包问题GPU并行算法研究[D]. 蒋瀚洋.湖南大学 2012
[5]基于GPU的硬件加速方法在粒子模拟中的应用[D]. 高强.电子科技大学 2010
[6]面向大规模科学计算的CPU-GPU异构并行技术研究[D]. 方旭东.国防科学技术大学 2009
[7]快点火中激光与锥靶相互作用及电子输运的粒子模拟研究[D]. 刘占军.中国工程物理研究院 2007
[8]飞秒激光与固体靶相互作用产生的硬X射线能谱测量研究[D]. 陈豪.四川大学 2004
本文编号：3377276
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3377276.html
