用于时域有限差分计算的通用C++类库

设计了时域有限差分法相关C 类库,在其基础上编制了高斯光束的时域有限差分计算程序,所得数值计算结果与精确解进行了比较,二者吻合良好。该类库可用于进行确定性电磁场问题的时域有限差分仿真,类库结构清晰、代码重利用率高、易于维护和扩充。     

时域有限差分算法的FPGA加速技术研究

针对各种嵌入式应用中对实时电磁场计算的需求,提出了一种新的时域有限差分法的硬件方法,采用FPGA作为硬件加速部件,加速电磁场时域有限差分算法(FDTD)的计算.采用滤波器技术重新改写时域有限差分法,将时域有限差分法的求解变成对应的硬件滤波器的设计问题,通过设计合适的滤波器完成时域有限差分的计算.实验结果表明,与时域有限差分算法的软件执行相比,硬件实现可以获得5倍左右的性能加速,能够充分发挥FPGA的计算性能.本研究能够进一步扩展时域有限差分算法的应用领域,尤其是扩展到以前因为计算性能无法应用的领域.     

大规模并行时域有限差分法电磁计算研究

基于我国超级计算机平台,开展了大规模并行时域有限差分法(Finite-Difference Time-DomainFDTD)的性能和应用研究。在我国首台百万亿次\"魔方\"超级计算机、具有国产CPU的\"神威蓝光\"超级计算机和当前排名世界第一的\"天河二号\"超级计算机上就并行FDTD方法的并行性能进行了测试,并分别突破了10000 CPU核,100000 CPU核和300000 CPU核的并行规模。在不同测试规模下,该算法的并行效率均达到了50%以上,表明了本文并行算法具有良好的可扩展性。通过仿真分析多个微带天线阵的辐射特性和某大型飞机的散射特性,表明本文方法可以在不同架构的超级计算机上对复杂电磁问题进行精确高效电磁仿真。     

时域有限差分法仿真等离子体

时域有限差分(FDTD)算法被广泛地用于模拟电磁场的传播。给出了电磁波在非磁化等离子体中传播稳定条件,并给出了非磁化色散等离子体的FDTD方法,同时对结果进行了分析。     

高阶旋转体时域有限差分法

旋转体时域有限差分法(BOR FDTD)是模拟电磁波与旋转对称目标体相互作用的一种高效算法,但目前的BOR FDTD对时间和空间的差分精度均只有二阶.通过把电磁场各分量作泰勒展开,并结合麦克斯韦方程,提出了BOR FDTD的三种高阶算法.相对于目前的BOR FDTD,三种高阶算法均不增加存储量.通过模拟简谐波与介质球的相互作用并和理论值作比较,证实了高阶算法在提高计算精度方面的有效性.此外还分析了三种高阶算法的优、缺点,给出了关于高阶算法应用的建议.     

时域有限差分中各向异性完全匹配层的实现方法

本文讨论了如何在给定边界层数的条件下,通过调整各介质层吸收层的介质参数来实现入射波的最佳吸收,并利用自适应遗传算法对算法中的边界参数进行优化。     

基于有限差分法的轨道电路时域分析

针对道床环境较恶劣时,在空间域难以区分轨道电路工作状态的问题,提出基于有限差分法的轨道电路时域解求解方法。利用偏微分方程数值解理论对轨道电路偏微分方程组进行离散,建立轨道电路的差分格式,并根据电压、电流在始端、终端的边界条件对调整态受电端时域电压响应进行分析,得到轨道电路的时域解。在不同初始电气参数下,通过算例仿真分析调整态受电端电压的变化情况,结果表明,所得时域解符合轨道电路的传输特性,可为轨道电路暂态分析提供理论依据。     

电磁波传输时域有限差分方法及仿真

针对电磁散射特性研究问题,根据拉普拉斯变换原理,为提高电磁波传输效率,提出了一种新的分析磁等离子电磁波传输的时域有限差分(FDTD)方法.将磁等离子的电流密度本构方程进行拉普拉斯变换到s域,结合电流密度卷积方法将其逆拉普拉斯变换到时域,得到电流密度关于时间的本构方程.利用上述方法计算出一维磁化等离子体板电磁波的反射系数及其相位.实验证明,计算结果与解析值结果一致.并证明方法的准确性及高效性.     

有限差分法的并行化计算实现

有限差分法是求解偏微分方程近似解的一种重要的数值方法。串行算法并不能高效的解决大规模复杂计算问题,并行化计算方法可提高复杂计算问题的效率．从而使并行机上计算有限差分问题成为可能。二维场中拉普拉斯方的差分程格式非常适合并行化方法的计算,将串行部分并行化以提高大规模计算的效率具有重要的现实意义。MPI（消息传递接口）是实现并行程序设计的标准之一。虚拟进程（MPI_PROC_NULL）的引用简化了MPI编程中的通信部分,串行算法可更改为并行化计算方法,最终实现有限差分方法的并行化计算。     

有限差分法的并行化计算实现

有限差分法是求解偏微分方程近似解的一种重要的数值方法。并行化计算可提高复杂计算问题的效率,二维场中拉普拉斯方程的差分格式非常适合并行化方法的计算。如何将串行部分并行化以提高大规模计算的效率,MPI（消息传递接口）是实现并行程序设计的标准之一。虚拟进程（MPI_PROC_NULL）是MPI中的假想进程,它的引用可简化MPI编程中的通信部分,引入虚拟进程编写代码,可实现有限差分方法的并行化计算。     

基于Linux集群电磁散射并行计算实现

工业应用,特别是军事应用对计算电磁学(CEM)的需求提出挑战,解决电大尺寸电磁散射问题(物理尺寸/λ》1)的有效方法是采用并行计算技术．给出了MLFMA算法基于Linux集群技术的并行实现,并给出了电大尺寸目标电磁散射的计算实例．由于这种并行化方法只是充分利用已有的工作站,编程容易,所以是一种值得推广的并行化实现方法．     

Distributed Parallel Computing Using Navigational Programming

Message Passing (MP) and Distributed Shared Memory (DSM) are the two most common approaches to distributed parallel computing. MP is difficult to use, whereas DSM is not scalable. Performance scalability and ease of programming can be achieved at the same time by using navigational programming (NavP). This approach combines the advantages of MP and DSM, and it balances convenience and flexibility. Similar to MP, NavP suggests to its programmers the principle of pivot-computes and hence is efficient and scalable. Like DSM, NavP supports incremental parallelization and shared variable programming and is therefore easy to use. The implementation and performance analysis of real-world algorithms, namely parallel Jacobi iteration and parallel Cholesky factorization, presented in this paper supports the claim that the NavP approach is better suited for general-purpose parallel distributed programming than either MP or DSM.     

并行蒙特卡罗方法的应用

该文采用蒙特卡罗方法对欧式期权定价问题进行模拟,并用可移植消息传递标准MPI在分布式存储结构的机群系统上设计并实现了并行算法。该算法有效的解决了金融计算中巨大计算量的问题,在很大程度上提高了计算效率,缩短了计算时间,获得了很好的性能。     

并行蒙特卡罗方法的应用

该文采用蒙特卡罗方法对欧式期权定价问题进行模拟,并用可移植消息传递标准MPI在分布式存储结构的机群系统上设计并实现了并行算法。该算法有效的解决了金融计算中巨大计算量的问题,在很大程度上提高了计算效率,缩短了计算时间,获得了很好的性能。     

自适应SW-ADI方法解反应扩散方程的并行实现

根据解反应扩散方程的自适应样条小波-交替方向(SW-ADI)方法,使用MPI、OpenMP两种并行编程模式,对串行程序进行了直接并行化,并在上海大学的高性能计算机自强2000上分别用MPI和OpenMP实现了对方程的求解。对运算结果进行了分析并给出了与串行程序相比较的并行加速比。     

片级三维寄生电容的并行提取算法

随着多核CPU和分布式机群的日益普及,并行计算被日益广泛地应用于科学与工程实践中,以解决复杂的数值模拟问题.提出片级三维寄生电容的并行提取算法,它基于三维层次式块边界元素法,应用双向重叠组合思想将芯片划分为4类大小不同的"窗口";采用可变长的动态混合队列进行静态/动态结合的任务调度方法将全部"窗口"分配到不同进程,并在稀疏矩阵求和及进程间的规约求和运算中采用了提高并行效率的技术,达到了较好的负载平衡和较高的加速比.在分布式机群上采用消息传递接口编程的实验,验证了文中算法的有效性.     

基于MPI的并行程序设计

在介绍消息传递接口标准(MPI)和分析并行程序设计方法的基础上,提出了在并行程序设计中需要进行算法级分析和程序级测试,以此来对影响具体的并行程序执行效率的因素进行分析,并用实例验证了分析结果。最后对MPI的实现之一———MPICH1.2.5版本的不足,提出了改进的方法。     

大型结构并行有限元分析软件研究

有限元分析在很多领域得到了应用,但其较大的计算规模对使用造成了限制,对复杂对象的分析难以在单台计算机上完成。提出并实现了一种并行化有限元软件的开发模式,在保留成熟的商业性有限元分析软件各种优点的情况下对关键计算进行了并行化开发,以较少投入成功实现了应用于大型结构分析的并行有限元分析系统。完成了数据在分布存储计算环境下的有效存储、高效的大型稀疏矩阵的并行算法,通过试验验证系统有良好的分析精度和扩展性。     

Linux环境下的并行计算

进行大规模科学计算的常用手段是并行计算。从性能和费用等方面考虑,在支持网络并行计算的操作系统中优先选择的系统应是Linux。本文介绍了LINUX环境下的一些并行计算软件,讨论了分布式并行计算的一些概念和需要解决的一些问题。     

基于分布式系统的有限元并行计算的研究

有限单元法是现代工程设计和分析的重要数值方法之一,但要对这些大型或超大型复杂结构进行有效的结构分析,需要有高性能的计算资源、有效的算法和先进的软件编制手段。Java多线程技术是构建并行系统的有效手段,文章基于分布式系统用Java多线程技术实现了一个有限元并行应用系统。