FDTD算法的局域網(wǎng)并行研究.pdf

1、時域有限差分法（FDTD）在計算電磁學中被廣泛的應用。FDTD算法公式簡潔直觀，適合求解各類電磁工程問題和可視化計算的實現(xiàn)，計算過程需要在FDTD網(wǎng)格中遞推求解空間電磁場值，處理大規(guī)模的電磁仿真問題為了保證計算精度和穩(wěn)定條件，需要增加的FDTD的網(wǎng)格量，使計算機內(nèi)存的需求龐大，并且求解時間過長，一般的計算機無法運行這樣計算過程，這成為了 FDTD應用的主要瓶頸。隨著計算機硬件和機群平臺的性能提高，高性能的并行計算應用領(lǐng)域也更加廣泛。本文

2、采用局域網(wǎng)內(nèi)的并行技術(shù)結(jié)合 FDTD算法，以空間區(qū)域剖分策略離散FDTD區(qū)域，同時FDTD算法本身具有良好的并行性。調(diào)用MPI消息傳遞函數(shù)完成離散計算區(qū)域邊界電磁場數(shù)據(jù)的通信，使用數(shù)據(jù)收集技術(shù)完成每個節(jié)點計算完成后的離散數(shù)據(jù)的主機輸出，使完整的FDTD區(qū)域在并行機群系統(tǒng)中各個節(jié)點并行計算求解，并優(yōu)化并行過程，測試并行計算的性能。
　　本文結(jié)合微波實驗室的硬件條件，并行計算機群的搭建分為并行硬件平臺、軟件平臺、編程模式三個部分。硬件

3、基礎(chǔ)為現(xiàn)有的以實驗室路由器建立的局域網(wǎng)環(huán)境和個人計算機節(jié)點。軟件平臺主要包括基于MPI消息傳遞策略的并行軟件運行平臺和編程軟件開發(fā)平臺兩個方面。并行編程模式選擇主從編程模型編寫計算程序代碼，編寫和維護兩部分程序代碼，這樣更適合現(xiàn)有的硬件結(jié)構(gòu)，同時使得計算程序的穩(wěn)定性和擴展性增強，更適合后期對于并行計算的優(yōu)化。
　　本文提出了利用動態(tài)剖分并行區(qū)域策略，按需分配并行系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點承擔計算量的概念。傳統(tǒng)的優(yōu)化如并行粒度大小或者利用Open

4、MP與MPI結(jié)合實現(xiàn)兩級并行的方式都不能從根本上實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源的有效利用。動態(tài)剖分策略過程是測試各節(jié)點的計算性能，根據(jù)返回主機的歸一化的性能指標分配計算量。FDTD程序在并行系統(tǒng)中執(zhí)行前都會測試一下性能，每次都是根據(jù)歸一化指標進行計算量分配。
　　另一個研究內(nèi)容在于并行FDTD技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用指針代替了數(shù)組。傳統(tǒng)參數(shù)使用數(shù)組。數(shù)組定義直觀，聲明簡單，編程難度小，存在兩個缺點：聲明數(shù)組空間和初始化的過程浪費計算資源過多和數(shù)組確定后經(jīng)