首页> 正文

基于异构多核架构的动力学蒙特卡洛并行计算研究及应用

2020-12-08阅读(626)

基于异构多核架构的动力学蒙特卡洛并行计算研究及应用

论文摘要

当下,随着计算机体系不断向多核异构结构发展,其计算能力也不断得到提升和突破,计算物理中大规模和高计算量的问题也有了研究的契机。蒙特卡洛法作为非常重要的一种模拟方法,对其并行算法的研究和实现具有重要意义。在此背景下,本论文依托实验室搭建的计算平台,主要研究动力学蒙特卡洛的相关并行计算算法。基于较简单的薄膜生长仿真过程,实现了算法的并行计算仿真,而后又基于更复杂的纳米基底下的嵌段共聚物自组装过程,实现了动力学蒙特卡洛并行计算方法的并行应用。详细来说,本论文的研究工作及成果包括:(1)总结了动力学蒙特卡洛算法目前存在的问题和挑战,其中传统算法单一执行性的特征是实现并行化的主要难点,进而介绍了以时间推进是否同步为区别的两种典型的并行算法思想:混合式异步算法和空事件同步算法。在结合相关文献的总结和对两种算法的伪并行实现及比较后,认为空事件同步并行算法更适合于并行计算,并展开后续研究。(2)基于薄膜生长过程,通过OpenMP指导性编译,引入周期性边界条件等方法实现了算法的并行仿真,将并行计算得到的结果与基础KMC仿真得到的结果进行了对比,验证了算法维持了过程的正确性和动态性。在对并行加速效果进行分析时,注意到了区块划分会增加蒙特卡洛时间推进步长,提出了该优化算法的加速比计算公式。在最高线程60线程的并行计算下,实际加速比能达到37左右。(3)在半导体制造陷入瓶颈,嵌段共聚物自组装技术具有替代前景的背景下,将动力学蒙特卡洛并行算法应用其仿真中,并提出通过统计均值作为不同类别状态的速率近似值的思想,来解决计算全局事件速率总和的难点。(4)同样对嵌段共聚物自组装技术实现了并行仿真,在最高线程64个线程的并行计算下,实际加速比能接近40,并提出了加权图像信息熵的概念验证了算法具有良好的动态性。最后在并行计算加速仿真的条件下,研究了不同仿真条件的改变对纳米基底诱导嵌段共聚物自组装形成的图案的影响和规律。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 蒙特卡洛方法
  •     1.2.1 蒙特卡洛方法
  •     1.2.2 动力学蒙特卡洛方法
  •   1.3 论文研究内容及结构安排
  •     1.3.1 主要研究内容
  •     1.3.2 论文结构安排
  • 第二章 动力学蒙特卡洛并行算法基本理论
  •   2.1 动力学蒙特卡洛基础算法
  •     2.1.1 薄膜生长微观过程机理
  •     2.1.2 基础算法步骤
  •   2.2 混合式异步算法
  •     2.2.1 Metropolis抽样准则
  •     2.2.2 区块划分与边界算法选择
  •   2.3 空事件同步算法
  •     2.3.1 算法步骤
  •     2.3.2 区块优化算法改进
  •   2.4 两种算法结果对比
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 KMC并行计算实现及结果
  •   3.1 计算平台介绍
  •   3.2 并行计算实现技术
  •     3.2.1 共享内存并行技术
  •     3.2.2 分布式节点并行技术
  •   3.3 独立并行随机数生成
  •     3.3.1 Rand系列函数
  •     3.3.2 Intel MKL数学库
  •   3.4 并行区块及边界处理
  •     3.4.1 区块划分
  •     3.4.2 边界处理
  •   3.5 并行结果分析
  •     3.5.1 并行有效性
  •     3.5.2 并行加速效果
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 嵌段共聚物自组装过程模型构建
  •   4.1 引言
  •   4.2 高分子链仿真相关模型
  •     4.2.1 自避行走链
  •     4.2.2 键长涨落算法
  •   4.3 嵌段共聚物自组装过程模型
  •     4.3.1 模型组成
  •     4.3.2 局部密度的计算
  •   4.4 动力学蒙特卡洛算法的应用
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 嵌段共聚物自组装过程并行计算及结果
  •   5.1 并行计算及结果
  •   5.2 自组装过程动态性
  •   5.3 不同仿真条件的影响
  •     5.3.1 改变链长和链的数量
  •     5.3.2 改变嵌段共聚物链组分比例
  •     5.3.3 改变纳米基底作用关系
  •     5.3.4 改变纳米基底作用强度
  •   5.4 本章总结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 工作总结
  •   6.2 工作展望
  • 参考文献
  • 作者攻读硕士学位期间取得的研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张学磊

    导师: 倪东

    关键词: 动力学蒙特卡洛,并行计算,薄膜生长,嵌段共聚物自组装

    来源: 浙江大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 数学,物理学

    单位: 浙江大学

    分类号: O242.2;O411.1

    总页数: 75

    文件大小: 5024K

    下载量: 97

    相关论文文献

    • [1].面向大数据处理的并行计算模型与性能优化探析[J]. 信息通信 2020(09)
    • [2].信息与计算科学专业并行计算人才培养模式研究与实践[J]. 高师理科学刊 2016(02)
    • [3].MPI并行计算在图像处理方面的应用[J]. 科学中国人 2017(12)
    • [4].困扰并行计算的三大问题[J]. 中国教育网络 2008(11)
    • [5].大数据分析与并行计算山西省科技创新(重点)团队介绍[J]. 太原科技大学学报 2020(06)
    • [6].高性能计算,高兴能计算[J]. 中国教育网络 2010(06)
    • [7].并行计算六十年[J]. 计算机工程与科学 2012(08)
    • [8].测控系统的集群并行计算的实现[J]. 桂林航天工业学院学报 2012(04)
    • [9].MATLAB并行计算:让高性能计算资源的利用更加高效[J]. 电子技术应用 2009(01)
    • [10].网络并行计算中的负载平衡[J]. 光盘技术 2008(12)
    • [11].并行计算中简易调度算法的探究[J]. 电脑知识与技术 2020(01)
    • [12].面向大数据处理的并行计算模型及性能优化[J]. 农村经济与科技 2020(10)
    • [13].并行计算实验课程建设的实践与探讨[J]. 实验室研究与探索 2018(12)
    • [14].岩土工程亿级单元有限元模型可扩展并行计算[J]. 岩土力学 2016(11)
    • [15].一种并行计算相关课程实验平台设计[J]. 人才培养与教学改革-浙江工商大学教学改革论文集 2010(00)
    • [16].并行计算基础和实际应用[J]. 辽宁师专学报(自然科学版) 2008(03)
    • [17].流体动力并行计算研究应用前景广阔[J]. 国际学术动态 2014(02)
    • [18].面向大数据处理的并行计算模型及性能优化[J]. 无线互联科技 2015(21)
    • [19].并行计算在动态模式识别中的实现和应用[J]. 计算机应用研究 2011(03)
    • [20].并行计算系列课程教学团队建设[J]. 计算机教育 2008(15)
    • [21].并行计算在多核平台上的实现与应用研究[J]. 计算机系统应用 2013(12)
    • [22].二维5/3小波变换在并行计算单元中的设计实现[J]. 微电子学与计算机 2013(07)
    • [23].探索Visual Studio 2010对并行计算的支持[J]. 金融科技时代 2012(01)
    • [24].基于分布式并行计算的大数据自助分析系统的研究与应用[J]. 软件 2018(12)
    • [25].《并行计算》课程教学方法探讨[J]. 教育现代化 2019(62)
    • [26].基于高性能并行计算的旋转网球空气动力学模拟[J]. 计算机工程 2017(12)
    • [27].影像数据分布并行计算处理平台体系架构研究[J]. 计算机工程 2017(05)
    • [28].面向大数据处理的并行计算模型及性能优化[J]. 电子技术与软件工程 2016(14)
    • [29].并行计算集群在经济学实验室中的应用[J]. 实验室研究与探索 2011(03)
    • [30].外测实时数据处理并行计算模式[J]. 火力与指挥控制 2010(12)

    标签：;  ;  ;  ;  

    基于异构多核架构的动力学蒙特卡洛并行计算研究及应用
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6