高性能FDTD并行計(jì)算研究的開題報(bào)告

高性能FDTD并行計(jì)算研究的開題報(bào)告標(biāo)題：高性能FDTD并行計(jì)算研究背景：FDTD（FiniteDifferenceTimeDomain）是一種常見的時(shí)域電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法，被廣泛應(yīng)用于電磁學(xué)領(lǐng)域。FDTD方法的原理是將Maxwell方程組轉(zhuǎn)化為差分方程，然后通過時(shí)間步進(jìn)的方式，利用FDTD算法求解出電磁場(chǎng)的各個(gè)時(shí)刻的分布。由于FDTD方法具有高精度、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在計(jì)算電磁場(chǎng)時(shí)具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，隨著計(jì)算資源的不斷增長(zhǎng)，單機(jī)計(jì)算能力已不能滿足大規(guī)模復(fù)雜電磁場(chǎng)計(jì)算的需求，因此很多研究者開始研究如何將FDTD方法并行化，以充分發(fā)揮并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)提高計(jì)算效率和求解能力。研究?jī)?nèi)容：本文研究的內(nèi)容主要包括以下幾方面：1.FDTD算法的數(shù)學(xué)模型和理論分析；2.并行計(jì)算架構(gòu)的設(shè)計(jì)及并行算法的實(shí)現(xiàn)；3.高性能計(jì)算應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能對(duì)比分析。研究方法：本文將采用以下方法進(jìn)行研究：1.對(duì)FDTD算法進(jìn)行深入研究，包括數(shù)學(xué)模型、理論分析和算法優(yōu)化等方面；2.設(shè)計(jì)基于MPI、OpenMP等并行計(jì)算架構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)并行算法；3.借助一些高性能計(jì)算平臺(tái)，如Tianhe-2等，進(jìn)行高性能計(jì)算應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試和分析；4.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證并行計(jì)算的效果和提高計(jì)算效率的作用。預(yù)期成果：本文的預(yù)期成果有以下幾個(gè)方面：1.對(duì)FDTD算法進(jìn)行深入的研究和探討，包括理論分析和算法優(yōu)化等方面；2.在FDTD算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于MPI、OpenMP等并行計(jì)算架構(gòu)的并行算法；3.利用高性能計(jì)算平臺(tái)，如Tianhe-2等，開發(fā)一些高性能計(jì)算應(yīng)用程序，并進(jìn)行性能測(cè)試和分析；4.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，驗(yàn)證并行計(jì)算的效果和提高計(jì)算效率的作用。參考文獻(xiàn)：1.YeeK.S.(1966),“NumericalsolutionofinitialboundaryvalueproblemsinvolvingMaxwell’sequationsinisotropicmedia,”IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,vol.14,pp.302–307.2.TafloveA.,&HagnessS.C.(2005),“ComputationalElectrodynamics:TheFinite-differenceTime-domainMethod(3rded.),”ArtechHouse.3.YinM.,LiW.,LiuC.,etal.(2016),“ParalleloptimizationofFDTDmethodonmulti-coreCPUsandmany-coreGPUs,”JournalofElectromagneticWavesandApplications,vol.30,no.11,pp.1436-1447.4.LiuX.,LiuT.,TianB.,etal.(2017),“Amassivelyparallel3-DFDTDalgorithmanditsimplementationonmany-cor