基于分布式平台的FDTD并行算法

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1、2016年9月北京航空航天大学学报Septembe。2016第42卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．9http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0593基于分布式平台的FDTD并行算法冯圆1’2，代小霞1，唐晓斌1一，龚晓燕3(1．中国电子科学研究院预警机研究所，北京100041；2．空军预警学院雷达技术系，武汉430019；3．火箭军指挥学院指挥系，

2、武汉430013)摘要：基于分布式平台开展一种新的时域有限差分(FDTD)并行算法研究，该算法基于VC++、CUDA5．0平台开发，调用IntelMPI4．1．0库进行测试，在上海交通大学高性能计算中心图形处理单元(GPU)集群、上海超级计算机中心的“魔方”商用超级计算机以及国家超级计算济南中心的“神威蓝光”国产超级计算机等平台开展软件调试。通过对纯CPU、GPU以及CPU和GPU的混合测试，线程调度水平、核心函数处理速度得到明显提升，同时减少了通信执行时间比例，提高了加速比和并行效率，最后以2×2微带阵列为验证模型进行拓扑优化测试，结果证明该算法准确

3、、有效。关键词：Mur；消息传递接口；图形处理单元(GPU)；时域有限差分(FDTD)；分布式平台中图分类号：TP393．027文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)09-1874．10时域有限差分(FDTD)方法自1966年Yee¨1提出后，经过几十年的发展，已成为一种成熟的数值方法被广泛应用于辐射天线分析、散射和雷达截面计算和周期结构分析等多个方面。但是，随着大规模精细电磁计算需求的不断发展，经典的理论和方法遇到前所未有的挑战，特别是在确定复杂电大尺寸目标的电磁辐射和散射特性、建立精确通用的电磁理论模型和数值模型、复杂平台环境下的散

4、射和传播机理等方面存在困难。为此，国内外研究者着眼于FDTD3个关键性技术，即高效计算网格建立技术、FDTD大规模并行计算中的效率提升和拓扑结构技术、求解区域协同计算适应性改进技术开展大量的开创性工作。在FDTD大规模并行计算中的效率提升和拓扑结构技术、求解区域协同计算适应性改进技术方面，2004年Su等口。提出了MPI与OpenMP结合的方式在SGIOrigin2000并行系统上实现了FDTD并行计算；2005年余文华等∞1研究了FDTD并行算法实现、边界数据交换方式、并行效率等问题，使用200个以上处理器达到90％以上的并行效率；2004年Krak

5、iwskyHl、2007年Ad—ams‘51等分别开展了单核图形处理单元(GPU)与Intel、AMD处理器的比对测试；2009年Du等旧。开展了基于CUDA平台的三维FDTD程序测试，该程序用C程序编写，在CPU系统下测试，实现了10倍的加速比；2008年刘瑜等¨1结合了suBj和余文华¨1等的工作，在Pentium4CPU组成的PC集群系统上实现了超线程下的并行方案；2010年Komatitsch等¨1在GPU集群上(192颗)模拟地震波传播，比CPU版性能提升几十倍；2010年Jacobsen等一1在Lincoln系统上取得8线程CPU版本130

6、4的性能；2012年Nagaoka和Watan—abe¨圳运用3个节点(一共2l块NVIDIATESLAC2070GPU)提高30％的并行效率；2011年Yang收稿13期：2015-09．10；录用13期：2015—12-04；网络出版时间：2016-02-1516：30网络出版地址：WWW．cnki．nelVkcms／detail／11．2625．V，20160215．1630，002．html基金项目：国家“863”计划(2012AA01A308)；国家“973”计划(613206)$通讯作者：Tel．：010-68893613E·mail：sc

7、ience—xiaoxiao@163．corn引用格式：冯圆，代小厦，唐晓斌，等．基于分布式平台的FDTD并行算法fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f9)：1874—1883．FENGY．DAIXX，TANGXB．eta1．FDTDparallelalgorithmbasedOHdistributedplatformI

8、j．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(9)：1874—1883(inChinese)．第9期冯圆，等：基于分布式平台的FDTD并行算法

9、1875等¨叫在由TeslaC1060和TeslaS1070组成的服务器上成功加速了冒泡排序、