基于国产众核超级计算机的6×105核并行矩量法

为实现电磁计算的安全可靠和自主可控,该文基于“天河二号”国产众核超级计算机平台,开展大规模并行矩量法(MoM)的开发工作。为减轻大规模并行计算时计算机集群的通信压力以及加速矩量法积分方程求解,通过分析矩量法电场积分方程离散生成的矩阵具有对角占优特性,提出一种新型LU分解算法,即对角块矩阵选主元LU分解(BDPLU)算法,该算法减少了panel列分解的计算量,更重要的是,完全消除了选主元过程的MPI通信开销。利用BDPLU算法,并行矩量法突破了6×105 CPU核并行规模,这是目前在国产超级计算平台上实现的最大规模的并行矩量法计算,其矩阵求解并行效率可达51.95%。数值结果表明,并行矩量法可准确高效地在国产超级计算平台上解决大规模电磁问题。     

并行时域平面波在电大目标瞬态散射中的应用

基于电磁场时域积分方程数值技术计算复杂目标的瞬态散射特性,其计算量和内存需求大,应用经典的单元分组算法-时域平面波算法,降低了时域积分方程的计算规模.文中在研究时域平面波算法并行算法的基础上,开发了基于.NET Remoting 的电磁场分布式数值计算方案.数值结果表明,该分布式并行方案显著提高了时域平面波算法的计算效率,为解决电大目标瞬态电磁散射问题提供了一条有效途径.     

基于超级计算机的矩量法性能分析与优化

复杂目标的精确电磁特性分析往往需要巨大的存储和极长的计算时间。针对这一问题,结合国内发展迅速的超级计算机系统,研究了具有精确高效仿真能力的高性能电磁算法——高阶矩量法。提出了单元预选法来消除矩阵并行填充过程中的无效计算,加速矩阵填充过程。提出了一种具有更少的通信次数和通信量的新型并行LU分解算法,加速矩阵方程求解过程。数值测试表明提出的矩阵并行填充算法和矩阵方程并行求解算法在超级计算机平台上都能获得较高的并行性能,大幅提高了矩量法的仿真能力。     

地下目标散射的并行FDTD计算

着重讨论半空间FDTD并行计算方法,入射源的特殊处理方式,和如何调节负载不平衡三个问题,给出一种简单易行的地下目标雷达散射截面的并行时域有限差分(FDTD)方案,并在北京理工大学电磁仿真中心刘徽并行计算平台上,做了具体的程序实现和数值实验,实验不仅证实了算法的精度,而且还表明并行方案的高效,即当参与计算的处理器数量达到14个时,并行效率仍然可以保持在80%以上.在此基础上,用开发的程序计算了以往串行算法无法计算的电大地下典型目标的雷达散射截面.     

基于MPI实现粗糙地面电磁散射并行FDTD计算

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用信息传递的方式实现粗糙地面散射并行FDTD算法.综合考虑了区域分割和负载平衡因素,并详细分析了子区域在普通网格和吸收边界处与相邻子区域的场值的数据传递,提高了二维粗糙地面FDTD并行计算效率.解决了在计算电大尺寸粗糙地面散射时产生的内存不足和计算耗时长等瓶颈问题.理论分析和数值计算结果验证了该算法的正确性;当计算电大尺寸的粗糙地面散射时,并行效率提升明显,即当参与计算的处理器数量达到6个时,并行效率仍然可以保持在90%以上.     

基于.NET Remoting分布式计算电大目标瞬态散射特性

电磁场时域积分方程方法(TDIE)在解决瞬态电磁问题和宽带电磁问题等方面显示出独特的优势,然而TDIE的数值计算方法--时间步进算法(MOT)的计算规模较大,严重阻碍了TDIE方法在求解电大目标瞬态电磁特性中的应用.文章在研究MOT并行算法的基础上,开发了基于.NET Remoting的电磁场分布式数值计算方案.数值结果表明,该分布式并行方案显著提高了TDIE的计算效率,为解决电大目标瞬态电磁散射问题提供了一条有效途径.     

奇异值分解算法优化

奇异值分解算法在信号处理、图像处理、信息安全等领域均有重要应用.针对该算法存在的性能问题,提出了基于gamma:1驱动的数据重用模型,提高计算负载平衡性,降低数据通信量;给出基于多处理器的并行分解模型,数值试验均表明算法具有较高的并行加速比和效率.     

容错的并行多重网格算法

高性能计算机上并行程序用到的结点越来越多,而在程序运行期间中发生结点失效的概率也随之增大.对于计算时间很长的程序,容忍结点失效的容错能力显得尤为重要.并行多重网格算法(MG)被广泛用于求解大型工程和物理问题中的偏微分方程组的数值解.为了实现MG算法的容错能力,提出了一种基于容错MPI的容错并行多重网格算法FT-MG.实验结果表明:FT-MG算法在引入少许开销的条件下实现了MG算法的容错能力.     

电大不均匀腔体的并行高阶合元极分析

针对电大深腔目标散射问题的高阶合元极算法的瓶颈[1],提出并实现了一种并行方案。通过计算各种复杂电大深腔散射问题,其中包括带有发动机且涂层的飞机进气道模型,含有不均匀段结构的腔体,以及口径电尺度为15λ×15λ、深度达100λ的电大深腔,充分展示了并行高阶合元极算法的计算能力。数值实验证实了此并行方案具有较高的并行效率。     

磁化等离子体的并行三维JEC-FDTD算法及其应用

 给出了三维磁化等离子体的电流密度卷积－时域有限差分(JEC-FDTD)算法的迭代公式,指出该算法与一般FDTD算法实现并行时的不同:增加了电流密度的迭代,以及并行计算时在子域交界面上增加了一些数据的交换.并实现了基于MPI (Message Passing Interface)的并行JEC-FDTD算法.然后用计算涂覆等离子体的金属球的雷达散射截面(RCS)的算例验证了并行程序的可靠性,并测试了并行程序在某集群上的并行效率.最后计算了涂敷磁化等离子体的全尺寸飞机的单站RCS.结果表明并行JEC-FDTD算法是可靠的,而且并行效率高,能计算各向异性磁化等离子体的电大尺寸目标的散射.