基于南昌大学高性能计算集群的磁场重联粒子模拟优化

发布时间：2024-04-16 20:52

　　高性能计算集群是一种以提高科学计算水平为目标的集群技术,它优秀的扩展性,超高的性价比等优点给空间科学计算、人工智能、气象预报、航天科技、金融等领域带来了空前的发展前景。空间数值模拟技术是依靠高性能计算集群来模拟空间物理现象的计算机模拟技术。全粒子模拟(Particle In Cell,PIC)算法是一种用于磁场重联中的重要模拟技术,它依靠高性能计算集群,通过在一定的区域内划分网格的方式来跟踪计算大量的等离子体粒子的运动,这个过程计算量巨大,对集群性能的要求很高。本文围绕高性能计算集群展开研究。第一,介绍了高性能计算集群的发展与重要性;第二,详细介绍了高性能计算集群的架构,配套部件以及相关软件,基于此集群,介绍了CPU+MPI并行技术与CPU+GPU并行异构计算技术;第三,介绍了全粒子模拟(PIC)方法,给出了粒子模拟中的重要方程,以及经典的PIC模拟程序的基本流程,并给出了近年来利用PIC模拟技术在磁场重联上的相关进展应用;第四,利用HPL(High Performance Linpack)基准测试方法对集群刀片计算节点(CPU节点)进行了浮点计算性能测试,并利用优化的经典PIC程序对...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 高性能计算集群的简介与必要性
    1.2 高性能计算集群在数值模拟中应用
    1.3 空间等离子体数值模拟研究背景
    1.4 本文的主要内容与结构安排
第二章 南昌大学高性能计算机集群介绍
    2.1 南昌大学高性能计算集群建设意义
    2.2 并行计算集群设备情况
    2.3 集群的作业调度系统
    2.4 集群监控系统
    2.5 CPU+MPI并行计算原理
    2.6 CPU+GPU异构并行计算原理
    2.7 本章小结
第三章 全粒子模拟方法概述与应用
    3.1 全粒子模拟(PIC)方法概述
    3.2 PIC模拟算法基本流程
    3.3 全粒子模拟在磁场重联中应用
    3.4 本章小结
第四章 基于高性能计算集群的经典粒子模拟程序性能分析
    4.1 刀片计算节点峰值能力测试
    4.2 CPU平台在全粒子模拟中的加速性能
        4.2.1 CPU计算节点简介
        4.2.2 PIC程序在CPU节点的模拟结果
    4.3 GPU平台在全粒子模拟中的加速性能
        4.3.1 GPU节点简介
        4.3.2 PIC程序在GPU节点模拟结果
    4.4 基于经典粒子模拟程序的CPU平台与GPU平台测试结果对比
    4.5 本章小结
第五章 针对磁重联中磁岛演化过程的粒子模拟结果分析
    5.1 磁场重联简介
    5.2 全粒子模拟结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3956675