并行FDTD在光子晶體和生物組織分析中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,時(shí)域有限差分算法(FDTD)已廣泛應(yīng)用于波導(dǎo)、同軸線、微帶天線的研究中。FDTD在進(jìn)行網(wǎng)格離散時(shí)需要滿足數(shù)值色散和對(duì)離散間隔的要求,這使得FDTD法在模擬電大尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體問題的時(shí)候需劃分?jǐn)?shù)量龐大的網(wǎng)格,進(jìn)而帶來計(jì)算耗時(shí)過長(zhǎng)和單機(jī)內(nèi)存難以提供足夠的存儲(chǔ)空間的難題,在此情況采用并行FDTD方法是解決FDTD方法運(yùn)算效率低、單機(jī)內(nèi)存消耗大的重要途徑。
　　 本文首先介紹了并行技術(shù)、MPI消息傳遞機(jī)制。在

2、此基礎(chǔ)上,在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)環(huán)境下,建立一個(gè)基于Windows XP系統(tǒng)的并行程序設(shè)計(jì)及運(yùn)行環(huán)境,所使用的編程語言為FORTRAN90。在并行環(huán)境的基礎(chǔ)上,通過區(qū)域分割,將FDTD計(jì)算區(qū)域分割成多個(gè)子域分別進(jìn)行計(jì)算,各個(gè)子區(qū)域在邊界處與其相鄰的子區(qū)域進(jìn)行切向場(chǎng)值的傳遞,從而實(shí)現(xiàn)FDTD并行計(jì)算,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一維、二維、三維FDTD并行算法。
　　 本論文第四章介紹了四種計(jì)算色散介質(zhì)的FDTD算法的改進(jìn)算法,通過計(jì)算一維非磁化冷等離子體

3、平板的反射系數(shù)、透射系數(shù)和對(duì)等離子體特性的模擬,驗(yàn)證了并行環(huán)境和四種FDTD并行算法的有效性。并將這四種并行FDTD方法的雙機(jī)加速比和并行效率進(jìn)行了比較,進(jìn)而得出:頻依時(shí)域有限差分方法相對(duì)其他三種方法雙機(jī)并行時(shí)間短,而傳統(tǒng)的Z變換法并行效率高。接著將幾種并行算法分別用在左手材料、等離子體光子晶體特性的模擬上。
　　 本論文第五章在對(duì)二維并行算法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,仔細(xì)研究了不同計(jì)算復(fù)雜度和節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)并行效率、并行加速比的影響