多GPU并行計(jì)算及其在粒子模擬中的應(yīng)用.pdf

1、粒子模擬（particle-in-cell，PIC）方法是研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要方法。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，PIC方法自誕生以來便受到國內(nèi)外諸多研究機(jī)構(gòu)青睞，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，已然成為一種重要的研究手段。但隨著科學(xué)計(jì)算的發(fā)展，計(jì)算規(guī)模急劇增大，傳統(tǒng)的基于中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的計(jì)算機(jī)受制于物理結(jié)構(gòu)和能耗等問題，已經(jīng)無法滿足計(jì)算要求。與CPU不同，圖形處理器（Graphics Pro

2、cessor Unit，GPU）采用眾核結(jié)構(gòu)，內(nèi)部多達(dá)幾千個(gè)計(jì)算核心，每個(gè)計(jì)算核心都相當(dāng)于一個(gè)單核處理器，這使得GPU擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力。隨著GPU的快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域延伸到高性能計(jì)算（High Performance Compute，HPC）領(lǐng)域。如何將CPU和GPU結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)秀的計(jì)算能力，已然成為HPC領(lǐng)域共同研究的關(guān)鍵點(diǎn)，圍繞GPU設(shè)計(jì)的加速核心算法的執(zhí)行逐漸成為HPC領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。
　　論文主要是在個(gè)

3、人計(jì)算機(jī)中研究Multi-GPUs并行計(jì)算技術(shù)，并基于Multi-GPUs實(shí)現(xiàn)激光與等離子體互作用物理過程的并行模擬，為實(shí)現(xiàn)GPU集群模擬奠定前期的實(shí)踐基礎(chǔ)。文中主要研究了基于GPU組成的不同計(jì)算架構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢，及其在粒子模擬的并行化應(yīng)用。闡述了國內(nèi)外對采用GPU技術(shù)的粒子模擬研究的最新成果，總結(jié)了CUDA的技術(shù)要點(diǎn)及其在不同GPU計(jì)算系統(tǒng)中的技術(shù)優(yōu)勢。論文中進(jìn)一步基于激光與等離子體互作用的數(shù)理模型和實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的LPICMCC++求解

4、器軟件和串行實(shí)現(xiàn)算法，總結(jié)和提煉Multi-GPUs并行實(shí)現(xiàn)算法。采用業(yè)內(nèi)最新推出的Uuified Memory（統(tǒng)一內(nèi)存）技術(shù)，對LPICMCC++求解器不同模塊的代碼進(jìn)行改寫，移植到并行計(jì)算環(huán)境中進(jìn)行加速計(jì)算。
　　論文最后將激光與等離子互作用的整個(gè)物理過程在Multi-GPUs并行環(huán)境下進(jìn)行了模擬驗(yàn)證，以串行LPICMCC++求解器的結(jié)果為參照數(shù)據(jù)，對整個(gè)過程中不同周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行的對比，以驗(yàn)證Multi-GPUs并行實(shí)現(xiàn)的正