金属介质混合目标异步并行多层快速多极子算法研究

论文摘要

随着社会的发展和科学技术的不断进步,与电磁相关的问题变得愈发复杂。近些年来,电磁数值算法鲜有重大突破,而另一方面,高性能计算技术的兴起引起了电磁场领域的重大兴趣。但是高性能电磁计算在很多方法依然不够成熟,在许多方面值得研究。多层快速多极子算法是一种快速算法,相较于矩量法,其能以更低的存储消耗在更短的时间内求解相同的问题,但是快速多极子因为算法本身的复杂度致使其并行效率难以提高。若能将高性能计算很好的应用于多层快速多极子算法,那么其计算能力将达到一个新的高度。本文在实际工程应用的需求下,主要研究一种适用于多层快速多极子的异步并行策略,以期充分利用当前分布式集群的计算和存储能力,提高多层快速多极子的电磁仿真计算能力和并行效率。因为多层快速多极子是基于矩量法发展而来的快速算法,故首先对矩量法基础知识进行分析,包括电磁场表面积分方程的基本推导,矩量法的数学原理以及RWG基函数。针对多种介质的交接面进行了一定研究,之后介绍了平面波激励源。然后,研究了快速多极子算法的基础理论,讨论了快速多极子算法的加速原理。在此基础上介绍了快速多极子算法的层级扩展-多层快速多极子算法。分析了能够对对称结构进行加速计算的Splay Tree结构。使用两个典型算例验证了此程序的正确性。最后分析了当前应用于多层快速多极子算法的多种并行方法,包括两种基本的并行策略,简单的混合策略,逐层渐变策略（HiP）以及自适应划分策略（AdP）,讨论其特点和应用的局限性。之后分析了同步并行应用于多层快速多极子存在的问题。重点研究了一种应用于多介质模型计算的多层快速多极子的异步并行策略,通过数值算例验证了该异步并行算法在并行效率和算力上的能力。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁峰

导师: 张玉

关键词: 多层快速多极子算法,多介质模型,异步并行方法,并行效率

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 数学,物理学

单位: 西安电子科技大学

分类号: O441;O241

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001789

总页数: 78

文件大小: 4198K

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