基于圖形處理單元的時(shí)頻域矩量法并行研究.pdf

1、創(chuàng)新性聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人簽名：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電

2、子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。(保密的論文在解密后遵守此規(guī)定)本人簽名：拋本人簽名：遜l區(qū)墮幻導(dǎo)師簽名：鎏煎日期趁：』：孑日期21f圭：!：星摘要傳統(tǒng)的

3、頻域矩量法因其精度高、所用格林函數(shù)直接滿足輻射條件的優(yōu)點(diǎn)在電磁散射和輻射問題的分析中得到了廣泛的應(yīng)用，而時(shí)域矩量法在分析瞬態(tài)電磁散射和輻射問題時(shí)擁有很大優(yōu)勢(shì)。然而它們都面臨著計(jì)算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，因而用于分析電大尺寸目標(biāo)的電磁散射和輻射問題時(shí)遇到了瓶頸。為了解決這個(gè)困難，計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域的前輩們采用了兩種途徑：快速算法和并行計(jì)算。利用快速算法減少內(nèi)存需求量和計(jì)算量，而利用并行計(jì)算縮減計(jì)算時(shí)間和提高計(jì)算效率。基于上述理由，本文利用近幾年來所提

4、出的一種新的并行計(jì)算技術(shù)一圖形處理單元(GPU)并行技術(shù)去加速時(shí)頻域矩量法的計(jì)算。在深入學(xué)習(xí)了NVIDIAGPU的硬件架構(gòu)和計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)(CUDA)編程模型的基礎(chǔ)上，專門討論了CUDA中流的使用方式，利用流隱藏主機(jī)端與設(shè)備端通信的延遲。以分析金屬目標(biāo)頻域電磁散射為例，將GPU應(yīng)用在頻域矩量法的兩個(gè)主要耗時(shí)階段一阻抗矩陣填充和廣義最小余量法(GMRES)迭代求解矩陣方程中，詳細(xì)闡述了用GPU加速阻抗矩陣填充和矩陣方程求解的一般方式和基

5、于流的異步方式。一般方式需要將整個(gè)阻抗矩陣傳輸?shù)紾PU的顯存上，而基于流的異步方式實(shí)現(xiàn)了阻抗矩陣的分塊填充及矩陣和矢量的分塊相乘操作，從而解決了由于有限的顯存容量而限制求解問題規(guī)模的瓶頸。通過多個(gè)數(shù)值算例驗(yàn)證了程序的準(zhǔn)確性和高效性，并進(jìn)一步研究了流的數(shù)目對(duì)程序加速性能的影響。在頻域矩量法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了基于GPU的時(shí)域矩量法并行，詳細(xì)推導(dǎo)了時(shí)間步進(jìn)算法求解時(shí)域電場(chǎng)積分方程的過程。分析這個(gè)過程發(fā)現(xiàn)，時(shí)間步進(jìn)算法的主要耗時(shí)階段存在于隨