基于OpenMP的色散介质FDTD并行程序设计-论文.pdf

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1、3叶技2015年第28卷第7期电子·电路ElectronicSci．＆Tech．／July．15．2015doi：10．16180／j．cnki．issnlO07-7820．2015．07．007基于OpenMP的色散介质FD11)并行程序设计刘琚，赵志钦(电子科技大学电子工程学院，四川成都611731)摘要分析了色散介质时域有限差分的模型，并针对非磁化等离子体给出了的分层线性递归卷积算法。介绍了OpenMP并行设计的基本模型，并将其应用于非磁化等离子体的计算当中。最终通过验证非磁化等离子体的透射电磁波，验证了将OpenMP并行设计应用于色散介质中的准

2、确性，同时依据计算区域大小不同的3个算例验证了该算法具有较高的并行性能。关键词时域有限差分；色散介质；OpenMP；并行程序中图分类号TNO11文献标识码A文章编号1007—7820(2015)07—021—03DesignofanFDTDParallelProgramwithDispersiveMediumBasedonOpennPLIUJun，ZHAOZhiqin(SchoolofElectronicEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu611731

3、，China)AbstractThispaperpresentsthemodelofdispersivemediuminFDTDandthePLRCmethodforunmagnetizedplasma．ThebasicmodelsofOpenMPparadigmisintroducedandappliedtounmagnetizedplasmacomputation．TheaccuracyoftheOpenMPparallelprogramwhenappliedtodispersivemediumisprovedbytestingthetransmi

4、ssionwavethroughtheunmagnetizedplasm，andthehighperformanceoftheprogramisprovedbythreecaseswithdiffer—entsizesofcomputationalregions．KeywordsFDTD；dispersivemedium；OpenMP；parallelprogram时域有限差分(FiniteDifferenceTimeDomain，于分布式内存模型的MPI标准；(2)基于共享式内FDTD)方法，在1966年，由K．S．Yee首次提出。该方存模型的Ope

5、nMP标准J。MPI标准下，各个处理单法是求解麦克斯韦微分方程组的时域方法，因此可处元具有各自独立的局部储存器，由于不存在公共可用理复杂形状目标和非均匀介质物体的电磁散射、辐射的存储单元，各处理器之间通过消息传递来交换信息，问题。作为时域方法，FDTD可以通过傅里叶变化，处控制并行任务的执行。OpenMP标准下，各个处理单理一个频带内的电磁透射、散射等问题。与频域方法元通过对共享内存的访问来实现信息的交换、任务的相比，在处理宽频带的问题时，FDTD具有明显的速度并行。优势。现实中具有众多色散介质模型，本文介绍了非磁本文先以三维非磁化等离子体为例，给出了

6、处理化等离子体模型，针对这类色散模型，可采用PLRC—色散介质的线性递归卷积(PLRC)方法。之后介绍了FDTD方法⋯处理。但是，对于色散介质，FDTD的网OpenMP方法以及在色散介质时域有限差分方法求解格尺寸要小于波长的1／40才能保证不会发生数值色中的具体实现步骤。最后计算了经过OpenMP方法并散J，这就导致了时间步长的缩短，同时增加了迭代所行加速后，在5～25GHz频率范围内的电磁波对非磁化等离子体的透射衰减，并对比了使用OpenMP方法需的时间步数目。加之使用线性递归卷积方法处理色散介质，会大幅增加每一时间步内电场迭代的计算量。加速前后的计

7、算时间。通过实验验证了该并行算法的为了减少求解时间，可在FDTD处理色散介质的过程有效性。中引入并行求解方法。目前，并行算法的实现主要基于两种标准：(1)基收稿日期：2014．12．26作者简介：刘琚(1990一)，男，硕士研究生。研究方向：计019算电磁学。E—mail：liujunlovecs@126．com。赵志钦(1969一)，㈩男，教授，博士生导师。研究方向：电磁散射与逆散射，计算日电磁学，微波遥感理论及应用等。WWW．dianzik巳_ii．or0——2J电子·电路刘琚，等：基于OpenMP的色散介质FDTD并行程序设计对于色散介质，其本构

8、参数随时间变化而变化，这程依旧单独工作。因而，在成对的fork和j0in之间的里假定介质的磁本