多gpu并行计算及其在粒子模拟中的应用

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1、？．’－一千．’－－－一尸．－－…．．．適耳曜Ｉ■．矣去种成＊或ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ专业学位硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＩ．■．１．—。论文题目多ＧＰＵ并行计算及其在粒子模拟中的应用＇ｔｆｃ专业学銭别学号２０１３２２０４０４２１作者姓名张杰Ｖ指导教师李建清教授

2、独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：敲麥一日期：年＾月日？论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复

3、印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：豕來导师签名；者义日期：年ｒ月＾日分类号密级注1UDC学位论文多GPU并行计算及其在粒子模拟中的应用（题名和副题名）张杰（作者姓名）指导教师李建清教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2016.04论文答

4、辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。Multi-GPUsParallelComputingandItsApplicationInParticleSimulationAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicsandCommunicationEngineeringAuthor:ZhangJieSu

5、pervisor:LiJianQingSchool:SchoolofPhysicalElectronics摘要摘要粒子模拟（particle-in-cell，PIC）方法是研究带电粒子运动规律的重要方法。伴随着计算机技术的高速发展，PIC方法自诞生以来便受到国内外诸多研究机构青睐，应用领域十分广泛，已然成为一种重要的研究手段。但随着科学计算的发展，计算规模急剧增大，传统的基于中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）的计算机受制于物理结构和能耗等问题，已经无法满足计算要求。与CPU不同，图形处理器

6、（GraphicsProcessorUnit，GPU）采用众核结构，内部多达几千个计算核心，每个计算核心都相当于一个单核处理器，这使得GPU拥有强大的计算能力。随着GPU的快速发展，其应用领域延伸到高性能计算（HighPerformanceCompute，HPC）领域。如何将CPU和GPU结合起来，发挥各自优秀的计算能力，已然成为HPC领域共同研究的关键点，围绕GPU设计的加速核心算法的执行逐渐成为HPC领域一个重要的发展趋势。论文主要是在个人计算机中研究Multi-GPUs并行计算技术，并基于Multi-GPUs实现

7、激光与等离子体互作用物理过程的并行模拟，为实现GPU集群模拟奠定前期的实践基础。文中主要研究了基于GPU组成的不同计算架构系统应用优势，及其在粒子模拟的并行化应用。阐述了国内外对采用GPU技术的粒子模拟研究的最新成果，总结了CUDA的技术要点及其在不同GPU计算系统中的技术优势。论文中进一步基于激光与等离子体互作用的数理模型和实验室开发的LPICMCC++求解器软件和串行实现算法，总结和提炼Multi-GPUs并行实现算法。采用业内最新推出的UuifiedMemory（统一内存）技术，对LPICMCC++求解器不同模块

8、的代码进行改写，移植到并行计算环境中进行加速计算。论文最后将激光与等离子互作用的整个物理过程在Multi-GPUs并行环境下进行了模拟验证，以串行LPICMCC++求解器的结果为参照数据，对整个过程中不同周期的数据进行的对比，以验证Multi-GPUs并行实现的正确性。通过对不同粒子状态下的计算时间和结果，总结Multi-GPUs