高性能計算環(huán)境下三維并行粒子模擬技術(shù)研究.pdf

1、由于真空電子器件（Vacuum electronic device）研究的需要，而這些器件中存在復(fù)雜的電磁場和粒子互作用，僅僅依靠傳統(tǒng)的解析方法很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。通過實驗方法研究往往花費昂貴且耗時。作為真空電子器件研究的第三途徑——粒子模擬（PIC）方法具有成本相對低廉，直觀和操作方便等優(yōu)點。它是借助現(xiàn)代計算機研究帶電粒子在電磁場中運動及相互作用。但是 PIC方法對計算資源要求很高，例如在普通計算機上對復(fù)雜電真空輻射源的串行三維模擬往

2、往需要花費數(shù)十小時甚至數(shù)周的時間，有些甚至不能計算。并行計算被認(rèn)為是解決這一瓶頸的最有效手段。
　　當(dāng)前我國的高性能計算平臺世界領(lǐng)先。本論文在調(diào)研國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)銀河高性能計算平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往CHIPIC的相關(guān)研究成果，完成了一款能夠適應(yīng)于銀河高性能計算平臺的三維并行粒子模擬軟件CHIPIC3D，并在該平臺上對幾個器件進行了大規(guī)模并行測試和分析。主要工作如下：
　　1.通過對銀河高性能計算平臺的調(diào)研，取得了銀河高性能計

3、算平臺的邏輯結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和銀河資源調(diào)度系統(tǒng)的組成信息；確定了該平臺的 MP I（M essa ge passing interface）的類型和版本以及操作方式。
　　2.針對銀河高性能計算平臺的字符操作界面和光盤輸入輸出的特點，確立了Windows三維輔助建?！猆nix/Linux大規(guī)模并行核心計算——Windows數(shù)據(jù)可視化的跨操作系統(tǒng)架構(gòu)。在這一架構(gòu)思路指導(dǎo)下，搭建了用于Windo ws三維輔助建模和數(shù)據(jù)可視化的開發(fā)測試

4、環(huán)境；針對銀河高性能計算平臺操作系統(tǒng)和并行支撐庫的類型和版本，搭建了基于Linux的編程環(huán)境以及基于Linux的四節(jié)點高性能集群測試系統(tǒng)。
　　3.基于上述工作，進行了需求分析和各功能模塊劃分，完成相應(yīng)模塊的設(shè)計和實現(xiàn)，完成了一款完整的適應(yīng)于銀河高性能計算平臺的三維并行粒子模擬軟件。
　　4.在銀河高性能平臺上利用該CHIPIC3 D對磁絕緣振蕩器、相對論速調(diào)管、返波管和140GHz行波管等開展最高200進程的并行測試，并使