[發明專利]使用GPU并行實現的基于PIC模型的加速器仿真方法

有效

• 申請號: 201310413539.5
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103440163A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 楊磊;張智磊;李超;齊新;高笑菲
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李敬文

1.一種使用圖形處理單元GPU實現的基于質點網格PIC模型的加速器仿真方法，包括：

a.在主機中產生初始化信息，并將初始化信息從主機復制到計算節點的GPU中，GPU包括多個流處理器；

在GPU中利用多個流處理器并行執行以下步驟：

b.根據初始化信息，確定粒子位置與網格的對應關系；

c.根據粒子位置與網格的對應關系，計算每個網格內所有粒子在網格上的電荷密度權重，得到網格的電荷密度分布；

d.根據網格的電荷密度分布計算網格的電勢分布，并根據網格的電勢分布計算網格電場分布；

e.計算每個粒子在電場作用下的運動變化，并更新每個粒子的運動狀態；以及

f.用每個粒子的更新的運動狀態代替初始化信息，迭代地執行步驟b到e，直到粒子運動狀態滿足設計需求。

2.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟b和e中按照一個流處理器對應一個粒子的方式進行GPU并行處理，并且在步驟c和d中按照一個流處理器對應一個網格的方式進行GPU并行處理。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其中初始化信息包括三維仿真空間劃分所得的網格數目、粒子的數目、粒子的三維位置和速度。

4.根據權利要求3所述的方法，其中步驟b包括：

確定每個粒子的位置所在的網格的編號并存儲在數組中；

根據確定的編號對數組中的粒子位置進行排序，使在同一個網格內的所有粒子位置連續排列；

在排序后的數組中獲取每個網絡內粒子的開始位置和結束位置。

5.根據權利要求4所述的方法，其中在步驟b中采用包括多個并行線程的線程塊，每個線程塊處理預定數目的網格，并且線程塊共享訪問GPU中的共享內存。

6.根據權利要求1或2所述的方法，其中，在步驟d中，對電荷密度分布進行三維傅立葉變換，根據頻域電荷密度分布計算網格的頻域電勢分布，并對頻域電勢分布進行三維傅立葉逆變換，以得到網格的電勢分布。

7.根據權利要求1或2所述的方法，其中步驟e包括：計算每個粒子在電場作用下的受力和加速度，并更新每個粒子的三維速度和位置。

8.根據權利要求4中所述的方法，其中步驟e還包括：更新所述數組中的粒子位置，對數組中所有粒子位置排序，并更新每個網格內粒子的開始位置和結束位置。

9.根據權利要求4所述的方法，其中利用排序后的數組，線程塊對連續排列的同一個網格內的所有粒子位置進行合并訪問。

10.根據權利要求1或2所述的方法，其中在步驟d中利用紋理內存綁定的方法，根據網格的電勢分布計算網格的電場分布。

11.根據權利要求1或2所述的方法，其中在步驟e中，改變線程塊的大小，并利用改變后的線程塊的大小計算每個粒子的運動變化。