MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现二维FDTD并行算法.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算.文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理.我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法.文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径.     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群（COW）并行计算系统上应用基于消息传递（Message Passing）的方式实现二维FDTD并行算法。通过区域分割，各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递，从而实现FDTD并行计算。文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理。我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法。文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性，为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一务有效途径。     

基于单程序多数据流并行软件的性能预测法

为了提高预测并行软件性能的准确性和并行软件的开发效率,提出了一种基于单程序多数据流(SPMD)并行应用软件模块化技术的性能分析预测和并行软件辅助开发方法.通过量化计算开销、通信开销、通信与计算的耦合系数,阐述了在并行计算机系统中利用该方法开发并行计算软件和预测并行计算软件性能的过程.并就影响并行软件性能预测和开发效率的模块设计、模块性能数据建模、模块组合和计算与通信重叠等技术进行了研究.实验表明,该方法提高了预测并行计算软件性能的准确性,也提高了并行计算软件的性能和开发效率.     

ECC点乘运算在网络并行实现中的装箱问题

基于网络并行计算,提出椭圆曲线公钥密码体制点乘运算在网络并行环境中实现的算法,详细分析了并行环境中的装箱问题,建立了并行子任务分派的数学模型,并对模型的采用贪心策略的FirstFit算法就行求解,解决了网络并行计算环境下的ECC点乘并行算法实现的任务分配问题.     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

基于并行计算环境的混波室三维仿真

本文选取混波室作为研究对象,使用FDTD方法,结合并行计算模拟了混波室内场的分布。通过仿真的结果,对并行计算中的网格划分和计算效率进行了分析。     

基于视窗操作系统网络并行计算环境的建立与应用

针对单台微型计算机进行数值模拟耗时长的问题,在微软公司开发的32位视窗操作系统下建立了网络并行计算环境.把2台微型计算机连成一个星形结构的以太网,以并行虚拟机作为网络并行计算平台、Vi sualC 作为开发工具,通过建立帐号及主目录、配置网络、设置系统环境变量和测试等步骤,完成了并行虚拟机的配置与调试.采用C语言自行研制了并行凝缩算法的源程序,并进一步以主从进程模式对金属平板轧制过程的弹塑性力学行为进行了数值模拟.研究结果表明,所建立的网络并行计算环境运行可靠,并行加速比可达1 785,并行效率达到了89%,与单台微型计算机相比,不仅提高了运行速度,且大大缩短了计算时间.     

基于CUDA平台的时域有限差分算法研究

文章针对传统时域有限差分(FDTD)算法的不足,以图形加速卡为核心,通过理论分析和数值模拟,研究并实现了基于CUDA平台的FDTD并行算法。CUDA是最新的可编程多线程的通用计算GPU模型,由于FDTD算法在空间上具有天然的并行性,因此非常适合在GPU上实现并行算。文章描述了在CUDA编程模型上的FDTD算法的设计以及优化过程,并通过数值仿真实验结果证明了基于GPU的并行FDTD算法可以大大减少计算时间,基于GPU加速已成为电磁场数值计算的研究热点之一。     

并行FDTD算法初步研究

1966年Yee首次提出时域有限差分（FDTD）法，在时域中对麦克斯韦方程组进行求解．目前，FDTD法已在天线分析、雷达截面计算、电磁兼容分析等众多领域得到了广泛应用．FDTD法的稳定性要求空间步长应小于波长的十分之一，而计算时间和计算所需的内存总是与网格总数成正比．由于受到计算机存储空间和计算时间的限制，许多复杂电磁问题无法用FDTD法进行模拟．为了适应日益复杂的实际应用问题，构造并行计算机采用并行算法来满足计算需求成为必然趋势,     

钛合金片层组织生长相场的大规模并行模拟

采用大规模并行计算进行钛合金中片层组织生长相场模型的数值模拟.针对Allen-Cahn和Cahn-Hilliard等相场模拟方程,在均匀网格上采用时域有限差分显式时间步进和算子分裂的数值算法.基于消息传递接口(MPI)实现三维区域分解和计算与通信重叠的并行算法.在深腾7000上通过测试,显示程序具有良好的可扩展性.在1 0243计算网格上使用4 096核的并行效率达到94.2%,每个时间步耗时约0.2s.     

基于GPU的高阶辛FDTD算法的并行仿真研究

高阶辛时域有限差分算法(SFDTD)与传统的时域有限差分算法(FDTD)相比具有更优的稳定性和计算精度,但在进行电磁仿真时则更为耗时。为解决这一问题,文章应用SFDTD的空间并行性,研究并实现了基于计算统一设备架构(CUDA)的SFDTD的并行算法仿真;基于费米架构,分析了各种尺度网格下速度的提升,与传统的CPU实现该算法进行比较,验证了该方法的正确性和高速性。     

Parallel Frequent Pattern Discovery： Challenges and Methodology

Parallel frequent pattern discovery algorithms exploit parallel and distributed computing resources to relieve the sequential bottlenecks of current frequent pattern mining （FPM） algorithms. Thus, parallel FPM algorithms achieve better scalability and performance, so they are attracting much attention in the data mining research community. This paper presents a comprehensive survey of the state-of-the-art parallel and distributed frequent pattern mining algorithms with more emphasis on pattern discovery from complex data （e.g., sequences and graphs） on various platforms. A review of typical parallel FPM algorithms uncovers the major challenges, methodologies, and research problems in the field of parallel frequent pattern discovery, such as work-load balancing, finding good data layouts, and data decomposition. This survey also indicates a dramatic shift of the research interest in the field from the simple parallel frequent itemset mining on traditional parallel and distributed platforms to parallel pattern mining of more complex data on emerging architectures, such as multi-core systems and the increasingly mature grid infrastructure.     

复杂电大平台天线EMC问题的并行FDTD分析

为了对复杂电大平台天线EMC（electronic—magnetic compacity,电磁兼容）问题进行分析,提出基于MPI编程环境的并行FDTD算法．通过区域分割技术将计算区域分成子区域进行计算,实现了计算资源的扩展和计算时间的缩减．天线隔离度的分析中,FDTD作为时域方法,通过傅里叶变换可快速求解,避免了扫频计算的复杂性．数值结果表明,这种方法可以对复杂电大平台天线方向图和隔离度进行准确、快速地计算．     

Navier-Stokes方程有限元并行计算方法最新进展

Navier-Stokes方程是流体力学的基本方程,其并行数值求解方法是当前计算数学和计算流体力学领域的最前沿课题之一。综述了Navier-Stokes方程有限元并行计算方法的研究现状。将已有的方法进行分类,分别介绍了其基本思想,评述了各种有限元并行计算方法的优缺点,讨论了有限元并行计算方法所面临的问题,并对其发展趋势进行了展望。     

并行测试技术综述

分析了并行测试概念，详细地论述了并行测试的实现方式及各种实现方式的优缺点，提出了并行测试系统的几种基本架构，为并行测试技术应用到我军航空武器装备的维护保障中作了有益的基础性工作。