色散光子晶體的GPU-FDTD并行算法研究.pdf

1、隨著計算機和計算方法的飛速發(fā)展，幾乎所有的科學都趨于定量化和精確化。電磁場時域有限差分法（FDTD）被提出后，用時域方法求解麥克斯韋微分方程是簡單高效的求解方法之一，同時也不斷地向工程技術領域滲透。為了準確地模擬其電磁特性，保證解的穩(wěn)定性，時間空間步長需相應地取得很小，這就使計算量猛增。隨著硬件技術的發(fā)展，圖形處理器（GPU）的實際浮點運算性能遠遠超過同期的CPU。利用圖形處理器進行通用計算，實現(xiàn)對數(shù)值計算的加速，已成為計算圖形學與高性

2、能計算領域的研究熱點。利用GPU實現(xiàn)FDTD并行計算，加速了光子晶體的數(shù)值模擬，具有一定的意義。
　　本文分析了基于GPU的CUDA統(tǒng)一計算設備構(gòu)架。在此基礎上，從FDTD離散方程出發(fā)，按照CUDA編程模型實現(xiàn)了對FDTD計算任務并行分解。針對GPU并行計算特點，將數(shù)值計算從CPU轉(zhuǎn)移到GPU上，實現(xiàn)了基于GPU的2D-FDTD并行計算。通過優(yōu)化線程結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)，加速比能夠達到14倍左右，取得了很好數(shù)值計算加速。
　　本文

3、推導了含有色散介質(zhì)的FDTD方程，初步研究了含有電磁誘導透明（EIT）介質(zhì)光子晶體的相關特性。通過設計一維光子晶體以及二維光子晶體，在光子晶體缺陷結(jié)構(gòu)中摻入EIT介質(zhì)，利用色散GPU-FDTD進行數(shù)值模擬，分析了材料色散對光子晶體禁帶和缺陷模的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：加入EIT介質(zhì)后，導致了缺陷模式的增加，同時缺陷模的頻帶寬度也變得更窄；改變控制光光強，EIT色散特性發(fā)生改變，導致缺陷模的頻率也發(fā)生了平移。利用EIT對缺陷模的影響特性，