1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE的GPU并行研究

发布时间：2024-03-06 21:35

　　能源在人类的日常生产生活中起着非常重要的作用。人类社会对能源的需求随着社会的快速发展而变得越来越大,使得能源成为各国目前迫切需要解决的问题。核聚变可产生巨大的能量,并且它所造成的环境污染较小。同时核聚变所使用的原料为氘和氚,而海水中又富含氘和氚,所以核聚变是目前各国重点研究的课题。在惯性约束聚变中,快点火对驱动压缩对称性要求不高,还能够以较少的能量完成点火并实现高增益的聚变,所以快点火很快就成为了惯性约束聚变研究领域的研究热点之一。由于快点火实验研究复杂且存在诸多困难,因此计算机模拟成为快点火研究的重要手段之一。粒子模拟方法是其中的主流方法,但该方法会产生庞大的计算负担。随着CPU的发展趋于饱和,粒子模拟软件的GPU硬件加速研究将使得快点火关键物理问题的高效粒子模拟研究成为可能。本论文基于电子科技大学研发的粒子模拟软件BUMBLEBEE,对其激光等离子体互作用部分进行并行计算优化,开发了基于GPU并行的1D3V粒子模拟软件BUMBLEBEE。所做的主要工作如下:1.总结了CUDA并行计算基础,主要对CUDA存储器、CUDA软件架构以及CUDA的执行模式这几个方面进行了介绍。2.概述了串...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 粒子模拟方法及国内外研究现状
    1.3 本论文的主要工作与创新
    1.4 论文的结构安排
第二章 CUDA并行计算基础
    2.1 引言
    2.2 CUDA软件架构
        2.2.1 软件层
        2.2.2 内核
    2.3 CUDA存储器
        2.3.1 CUDA存储器层次结构
        2.3.2 CUDA内存类型
    2.4 CUDA执行模式
    2.5 本章小结
第三章 BUMBLEBEE在GPU中的并行
    3.1 BUMBLEBEE粒子模拟软件串行程序概述
        3.1.1 BUMBLEBEE的功能模块
        3.1.2 BUMBLEBEE的模拟流程
        3.1.3 BUMBLEBEE的数据结构
    3.2 粒子运动的并行化
    3.3 电流源与电荷源的并行化
    3.4 场的并行化
    3.5 本章小结
第四章 GPU并行BUMBLEBEE的优化
    4.1 提出并行程序性能优化策略
    4.2 BUMBLEBEE并行程序性能优化过程实施
        4.2.1 BUMBLEBEE并行程序中线程的优化
        4.2.2 BUMBLEBEE并行程序中内存的优化
        4.2.3 BUMBLEBEE并行程序中寄存器的优化
    4.3 并行程序优化结果显示
    4.4 本章小结
第五章 总体实现及结果分析
    5.1 测试平台与实验参数
    5.2 正确性验证
        5.2.1 测试模型
        5.2.2 场强分布的验证与对比
        5.2.3 粒子密度分布的验证与对比
        5.2.4 误差分析
    5.3 加速比
    5.4 本章小结
第六章 总结
致谢
参考文献



本文编号：3920920