基于GPU的激光與等離子體互作用PIC-MCC模擬并行研究.pdf

1、在日常的生產和生活中，能源是起著至關重要的作用。隨著化石能源的日益枯竭，人類正在面臨著一場前所未有的能源危機。能源的發(fā)展與創(chuàng)新，是全世界各國人民共同關心的問題，也是我國社會經濟發(fā)展中必須要著重解決的問題。
　　核聚變反應可以釋放大量的能量，并且對環(huán)境的污染較小，是化石能源的理想代替品?？禳c火方式是有望實現(xiàn)慣性約束聚變的重要途徑之一，吸引了很多學者對其進行研究，其中理論及數值模擬是當前對快點火研究的重要手段之一。但是由于快點火過程中

2、激光超短超強、帶電粒子密度高且密度跨越數量級大，這就使得對快點火中關鍵物理問題的模擬勢必會產生龐大的計算負擔、延長研究周期。隨著對CPU有限資源的開發(fā)殆盡，人們開始把目光轉向了另一種處理器——GPU。GPU的獨特結構能夠實現(xiàn)并行計算，在高性能計算的領域倍受科研人員的青睞。
　　本文以電子科技大學開發(fā)的包含碰撞效應的相對論激光等離子體互作用模擬軟件LPICMCC++為基礎，對激光等離子體互作用PIC/MCC模擬的并行技術展開研究，開

3、發(fā)了基于 GPU的激光等離子體互作用模擬并行算法，完成了并行LPICMCC++代碼的編制、調試和測試。主要內容有：
　　1.介紹了論文工作的研究背景與研究意義。概述了慣性約束聚變的基本原理，簡單介紹了慣性約束聚變的快點火方式及其國內外發(fā)展動態(tài)及研究現(xiàn)況。對基于GPU的并行計算基礎進行了闡述，包括硬件系統(tǒng)結構以及編程模型。
　　2.對包含碰撞效應的相對論激光等離子體互作用模擬軟件 LPICMCC++的數值模擬算法進行了詳細的介

4、紹，包括：粒子運動的求解、電荷和電流密度的求解、場的求解、光電離、電子碰撞電離及兩體碰撞。上述算法及由此算法開發(fā)的串行軟件為后續(xù)LPICMCC++的并行化奠定了基礎。
　　3.以 LPICMCC++軟件的并行化為例，詳盡的說明了 PIC/MCC方法如何在GPU上并行實現(xiàn)。包括熱點剖析、對原有LPICMCC++串行代碼的改進、PIC/MCC模擬各個模塊在CUDA中的實現(xiàn)。
　　4.以超短超強激光與等離子體互作用的物理模型為例，