三维粒子模拟并行化技术研究

自行研制的三维并行全电磁PIC模拟软件UNIPIC-3D具有模拟高功率微波器件的能力。软件实现了并行的三维FDTD、粒子推进算法以及边界条件处理。软件通过读入输入文件进行规则与不规则两种区域划分方式,电磁场和粒子的并行化采用MPI机制,让粒子和电磁场的计算与通信同步,在高性能并行计算机上对软件的并行效率进行了测试。通过与2.5维UNIPIC软件的结果比较,验证了UNIPIC-3D软件并行模块的正确性。     

高性能应用软件并行优化策略的研究

多核时代的来临对现有的应用软件提出了严重挑战,串行代码难以充分发挥硬件资源的性能;软件的并行优化成为亟待解决的重要问题。本文综合了 MPI,OpenMP,众核编程模型 CUDA 三个编程模型进行研究,讨论了适用于不同软件并行优化的方法,提出了适用于企业级应用的软件并行优化策略,最后总结和展望了软件并行优化的挑战和前景。     

P-QuantWiz:一种基于质谱的并行非标记定量软件

本文设计并实现了基于质谱的非标记定量软件QuantWiz,通过改变肽段定量的顺序,提高了定量软件的时间局部性和质谱数据缓存的命中次数。分析了QuantWiz的多种数据并行策略,设计并实现了按保留时间划分的并行定量软件P-QuantWiz。通过实验验证P-QuantWiz具有良好的并行效率,当进程数为32时,并行效率为63%。     

面向软件脆弱性的并行检测系统相关技术研究与实现

软件脆弱性作为信息安全问题的根源之一,对信息安全构成了严重威胁。当前,普遍使用的符号执行技术受限于运算复杂度和计算能力,无法实现大规模应用。为此课题组提出了基于动态符号执行的软件脆弱性并行检测系统。并行调度是软件脆弱性并行检测系统的关键技术之一,与系统的检测效率紧密相关。本文提出了基于节点状态的子系统调度算法和基于路径广度优先遍历的任务调度算法,分别实现了并行系统的子系统调度和任务调度。两个算法在实现上简单易行,并且具有很高的效率。本文对具体编程的细节进行了介绍和分析。     

软件过程中的并行性挖掘

挖掘软件过程中的并行性,使其中的活动尽量并行进行,是提高软件生产率的重要手段。本文提出了一种通过活动间相关性分析,寻找软件过程中可并行化的因素,挖掘出可并行进行的活动,进而构造出Petri网表示的并行经的软件过程模型的技术,获得了较理想的并行性挖掘效果。     

图象处理方法在测量高功率激光束衍射光斑阵列位置中的实现

本文介绍了测量高功率激光束衍射光斑阵列的各光斑中心位置的计算机图象处理方法。讨论了ＴＩＦＦ图象格式的使用技巧、利用灰度级确定各衍射光斑光强中心以及去除噪声光点的计算机处理方法,用计算机软件实现了常规Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器中子透镜阵列的子光束聚焦过程。用Ｐａｓｃａｌ语言编程,实现了人机界面友好的图象处理编程软件。此方法已在“星光”高功率激光装置的测量中应用。     

并行程序设计技术与设计环境的探讨

并行程序设计是发挥并行计算机效率的关键,它涉及到并行算法与并行处理技术,并行程序设计,软件重用,设计工具与设计环境等诸多专业方向的研究与应用,是当前并行计算机应用领域中的一个重要研究方向,本文重点讨论并行算法与并行程序效率评测,并行程序设计与重构,软件重用技术,以及并行程序设计环境。     

NAPA软件的并行优化

大规模数值计算受到通信模式、并行算法、I/O速度等的多方面因素的制约,并行程序的好坏直接影响并行机性能的发挥,本文分别对上述影响并行性能的重要因素进行了分析并对NAPA软件进行了优化,测试中发现本文采用的并行算法性能比优化前提高了41.1%,此外,本文采用支持多视口的MPI I/O接口性能有明显提高.最后,本文分析了并行NAPA软件的可扩展性,并采用高超声速平板流动进行了测试,在Grid 97*49*49算例中,64个进程的情况下得到了较高的加速比(53.7)和并行效率(84%),表明,优化后的软件具有较好的并行效率和可扩展性.     

一个基于Petri网的软件并行开发控制模型

软件开发活动的并行化是缩短软件开发周期、加快软件开发速度的有效途径。本文提出了一个基于Ｐｅｔｒｉ网的支持软件并行开发的并行控制模型ＣＣＭ及其构造方法，从而为实现软件并行开发的有效控制和开发相应的ＣＡＳＥ系统奠定了基础。     

BJ—01并行计算机的系统软件

本文介绍了ＢＪ－０１并行计算机操作系统ＭＯＳ，并行Ｃ语言ＰＣＬ以及接口软件的设计和实现技术。此外还讨论了ＢＪ－０１并行机的并行执行环境和并行程序调试工具。     

高阶矩量法的超级电磁计算研究

矩量法是广泛使用的高精度电磁数值算法之一。在仿真复杂电磁问题时,该算法需要处理大型复数稠密矩阵方程,这导致其面临内存需求高、计算时间长的问题。与传统基函数相比,本文采用的高阶多项式基函数能够在保证计算精度的前提下大幅度降低未知量,进而降低矩阵阶数。在此基础上,本文设计了基于分块矩阵的高效并行策略,在国内超级计算机平台开展了并行高阶矩量法的超级电磁计算研究,大幅度提升了矩量法的仿真能力。在国产神威蓝光超级计算机上,以机载天线阵列的辐射特性计算为例,对并行规模高达30720 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大20倍以上时仍可获得50%以上的并行效率。在当前排名世界第一的天河2号超级计算机上,以飞机散射特性计算为例,对并行规模高达201600 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大约8倍时可获得50%以上的并行效率。数值仿真结果表明并行高阶矩量法可以在不同架构的超级计算机上高效完成复杂电大目标的精确电磁计算。     

并行Kriging地层电性参数分布估计

为提高突变型地层媒质中电性参数分布预测的计算速度,在建立地层电性参数的Kriging插值模型的基础上,基于MPI开发一种并行Kriging插值算法。在Windows 2000 操作系统上搭建了并行计算环境,统计数据表明该并行算法能有效节省计算时间并具有良好的扩展性。     

Application of CPML to truncate the open boundaries of cylindrical waveguides in 2.5-dimensional problems

1 Introduction Very strong nonlinear interactions can occur between the electron beam and electro-magnetic wave in the generation of HPM sources, and it is very expensive and requires very long time to design the HPM devices experimentally, so the computer simulation is often and widely used to design the HPM devices. The most widely used numerical technique is the PIC (particle-in-cell) method[1]. Based on this method, some full elec-tromagnetic PIC codes have been developed in the Unit…     

并行嵌入式系统可视化性能分析工具的设计与实现

随着并行计算在军用、工业技术等领域的广泛应用,更多的用户开始应用并行处理技术解决问题,针对嵌入式多核多处理器平台的并行程序开发也更加普及。并行调试技术是并行程序开发的一个重要环节,调试实时应用程序的过程十分复杂,但是,并行调试环境却相对比较薄弱。文章研究设计了一种基于并行嵌入式实时系统的性能分析工具,只需使用极少的资源便可对应用程序进行跟踪分析,具有较高的性能。     

使用异类处理器实现H.264算法

嵌入式多媒体设备要求具有更高的处理能力、极低的功耗,以延长电池供电设备的工作时间。提高CPU的工作频率或者增加CPU内并行的工作单元可提高CPU处理能力,但相同工艺下更高的频率要求更高的工作电压和更大的功耗,并行的工作单元只能利用局部指令的并行性,一些单元得不到充分利用,造成功耗的浪费。使用不同类型的处理器并行工作,充分发挥各个CPU的处理优势,可有效降低多媒体设备的功耗。     

六自由度并联式机器人拉格朗日动力方程

本文对六自由度并联机器人的动力学问题进行了研究.文中根据一二阶影响系数矩阵,导出了仅依赖于系统的质量分布和几何特性的广义惯性张量和广义惯性功率模型矩阵,建立了多回路系统的拉格朗日动力方程和运动控制方程.最后给出了实例计算.     

Study on the propagation properties of TM electromagnetic wave in Lossy left‐handed material based on CUDA‐implemented parallel

By using the method of Finite Difference Time Domain (FDTD) and the technology of Compute Unified Device Architecture (CUDA), the propagation characteristics of electromagnetic waves in Left‐Handed Materials (LHM) have been studied in this paper. The LHM slab was matched with the free space and the secondary focusing phenomenon of LHM was simulated. Compared with the serial FDTD program, our work showed that this method had a high accuracy. The phase compensation effect and the inverse Snell effect of LHM were also discussed by using the parallel FDTD method based on CUDA, which further proved that our results were consistent with the theoretical study. By comparing the calculation time of traditional FDTD program with that of the CUDA based parallel FDTD program, we conclude that the latter is more efficient than the former. This parallel method can be used as a more efficient way to study LHM.     

Full-wave convergence analysis of microstrip transmission parameters

Full-wave electromagnetic simulators have enabled microwave designers to simulate complex geometries which sometimes cannot be done by conventional computer-aided design (CAD) nodal simulators. However, designers should pay close attention to how the numerical implementation of the full-wave analysis can affect the results of the electromagnetic simulation. This study uses various modeling parameters to determine the convergence of a GaAs microstrip's simulated transmission line characteristics. A commercially available program, Sonnet's “EM,” was used for the analysis but the results can be generalized for any full-wave analysis. This article explores the limits of Sonnet as well as showing that a designer must use a convergence analysis to prove the validity of an electromagnetic simulation. © 1994 John Wiley & Sons. Inc.     

复杂地形环境下的电磁覆盖范围并行算法

复杂地形环境下的电磁覆盖范围的仿真计算需要强大的计算能力作为支撑,搭建基于消息传递接口的机群实行并行计算能够解决该问题。基于此,建立复杂地形环境下电磁覆盖范围的并行算法模型,设计并行过程中任务粒度选择和并行性能实验。在实验室多机环境下,仿真计算速度得到提高,为类似并行计算问题的任务粒度选择提供了参考。     

一种求解汽车外流场问题的可扩展数值算法

受外型复杂、雷诺数高等因素影响,汽车外流场流动的数值计算规模巨大且难以精确求解。发展高效并行算法以利用超级计算平台资源来数值求解外流问题成为该领域的研究热点。文章提出一种全隐格式的可扩展并行Newton-Krylov-Schwarz算法对某真实汽车的外流场流动问题进行计算。通过与风洞试验以及主流计算流体力学软件的计算结果对比验证了算法的正确性。并行数值计算结果显示,文章的算法在数千处理器规模下仍具有很好的并行可扩展性。