光化學反應模擬中矩陣乘并行計算研究.pdf

1、光化學反應模擬是指用計算機模擬激光與各種物質間發(fā)生的化學反應。由于其模擬結果與真實實驗極為接近，可以通過調控模擬過程中不同的激光參數(shù)反復研究激光光子對物質的具體影響，解決了實體反應中儀器與材料的損耗問題，因此光化學反應得到了廣泛的應用，為深入研究激光與物質間的化學反應提供了現(xiàn)實的可能。但目前光化學反應模擬也存在一個問題:模擬中的計算量通常都非常大。在模擬體系較大時，模擬速度特別緩慢，嚴重影響了科研進度，需要采取必要的措施來加快模擬計算。

2、
　　 在光化學反應模擬中，矩陣的相乘運算占了總計算量的80％以上。且這些矩陣的階數(shù)都比較高，數(shù)據(jù)呈帶狀分布。針對矩陣乘中乘矩陣數(shù)據(jù)分布特性采用分解優(yōu)化方法，將乘矩陣拆分為多個子矩陣，子矩陣相乘后再累加，減少了零矩陣元的相乘運算來加快計算模擬。為了進一步加速計算，將優(yōu)秀的串行算法(Winograd算法)，在線程級上實現(xiàn)并行。本文通過OpenMP并行技術實現(xiàn)了Winograd算法的線程級并行，然后從動靜態(tài)調度、任務塊劃分等方面進行

3、進一步優(yōu)化，以獲得更好的模擬效果。
　　 矩陣分解優(yōu)化前后的計算時間測試表明，優(yōu)化后矩陣乘的計算時間降低了近一個數(shù)量級。進一步測試表明基于OpenMP的Winograd算法比普通的OpenMP矩陣乘并行算法有明顯的優(yōu)越性，在相同的實驗環(huán)境下，基于OpenMP的Winograd算法具有更高的加速比，在分子體系比較大時亦表現(xiàn)出更好的可擴展性。在16核服務器上其加速比能達到6.53，并行效率為40.83％。表明基于OpenMP的Win