高性能計算環(huán)境下三維并行粒子模擬技術研究.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確的結果。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雜電真空輻射源的串行三維模擬往

2、往需要花費數十小時甚至數周的時間，有些甚至不能計算。并行計算被認為是解決這一瓶頸的最有效手段。
　　當前我國的高性能計算平臺世界領先。本論文在調研國防科學技術大學銀河高性能計算平臺的基礎上，結合以往CHIPIC的相關研究成果，完成了一款能夠適應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研，取得了銀河高性能計

3、算平臺的邏輯結構、操作系統(tǒng)和銀河資源調度系統(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數據可視化的跨操作系統(tǒng)架構。在這一架構思路指導下，搭建了用于Windo ws三維輔助建模和數據可視化的開發(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，完成相應模塊的設計和實現(xiàn)，完成了一款完整的適應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、相對論速調管、返波管和140GHz行波管等開展最高200進程的并行測試，并使