并行粒子模擬程序課件

1、 在作并行計算時，將整個計算空間劃分為如圖（圖中以4個為例）所示數(shù)個平行的區(qū)域，這樣把不同區(qū)域的場和粒子分配到不同的處理器上。當粒子經(jīng)過場加速后由某一個區(qū)域進入到另外一個區(qū)域時，粒子將相應地轉(zhuǎn)交給另一區(qū)域的處理器處理。 并行處理的網(wǎng)格和粒子分區(qū)示意圖 圖 2 PIC粒子模擬程序算法結(jié)構(gòu)圖 除將粒子速度位置等數(shù)據(jù)進行初始化外，由推動粒子，粒子管理、分配電流、電流管理、場的求解、場的管理等六個部分組成，具體描述如下: (1) 推動粒子：每個計算節(jié)點同時推動自己區(qū)域內(nèi)的粒子，由于粒子的電磁場是通過插值網(wǎng)格點處的電磁場得到的，所以不同計算節(jié)點交界處粒子需要用到相鄰計算節(jié)點公共網(wǎng)格點的電磁場。 (2)

2、粒子管理：部分粒子經(jīng)過場加速后由某一個區(qū)域進入到另外一個區(qū)域時，粒子將相應地轉(zhuǎn)交給另一區(qū)域的處理器處理。 (3) 分配電流：粒子電流被分配到相應區(qū)域的網(wǎng)格點上。 (4)電流管理：由于在某個區(qū)域中，在上一步中只能將本區(qū)域中的粒子電流分配到網(wǎng)格點上，因此邊界附近網(wǎng)格點處得到的電流是不全面的，需要將上面或下面區(qū)域公共網(wǎng)格上的電流和它疊加得到全面的電流。 (5)計算電磁場：求解每個計算節(jié)點內(nèi)部格點上的Maxwell方程，得到內(nèi)部網(wǎng)格點上的電磁場。1pTT1pTpT表 用不同數(shù)目的計算節(jié)點計算同一問題時的加速比和并行效率 表 2 8個cpu計算不同工作量的問題時的加速比和并行效率048121620036

3、91215edcba SpeedupNumber of Processors 由以上兩個表格可以看出：對同一規(guī)模的物理問題，加速比在計算節(jié)點數(shù)較少時隨計算節(jié)點數(shù)基本上是線性增加的，但隨節(jié)點數(shù)增加這種增加趨勢會變緩，所以并行效率變低，16個計算節(jié)點時候的并行效率明顯偏低。同時計算節(jié)點數(shù)一定時增加問題的規(guī)模，加速比會提高，同樣并行效率隨之提高。當處理規(guī)模比較大的問題時用并行計算可以顯著提高效率，而且問題規(guī)模越大，這個作用越明顯。040801201602000.40.50.60.70.8 Normalized Proton Kinetic Energyit040801201602000.000.050.100.150.20 Normalized Magnetic Energyit0100200300400500050100150200250By -1.300-1.013-0.7250-0.4375-0.15000.13750.42500.71251.000X(vAi-1)Y(vAi-1)0100200300400500050100150200250Bz -1.300-0.9625-0