激光間接驅(qū)動靶丸輻射對稱性GPU并行算法研究.pdf

1、激光間接驅(qū)動慣性約束聚變中,控制靶丸表面輻射對稱性是實現(xiàn)可控核聚變點火成功的關(guān)鍵任務(wù)。數(shù)值模擬靶丸內(nèi)爆物理過程以評價其表面輻射對稱性的好壞,可以優(yōu)化靶設(shè)計,提高實驗效率。但仿真模型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和數(shù)值計算的密集化嚴(yán)重阻礙了仿真分析的進(jìn)行。本文圍繞如何準(zhǔn)確、高效地計算靶丸輻射驅(qū)動對稱性進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和研究。
　　計算靶丸表面能流分布是對稱性分析以及對束-腔-靶位形參數(shù)優(yōu)化的前提,目前主要使用視角因子求解。視角因子的解析法具有速度快但

2、普適性低的特點,而離散化解法適用于各種腔靶結(jié)構(gòu)和輻照條件。以兩區(qū)均勻等效模型為基礎(chǔ),對輻射面進(jìn)行三維網(wǎng)格離散后,分析了靶丸接受輻射能量的計算過程。針對其中出現(xiàn)的腔壁自身遮擋問題,利用四叉樹結(jié)構(gòu)對靶離散單元進(jìn)行層次化表示,再依據(jù)包圍盒的相交判斷快速剔除遮擋單元。
　　離散化的網(wǎng)格單元導(dǎo)致了計算量的急劇增加,數(shù)值計算時間大大延長。并行技術(shù)是提供高性能計算的重要途徑,而實現(xiàn)了CPU/GPU協(xié)同處理的CUDA出現(xiàn)使得并行計算更加經(jīng)濟(jì)高效。

3、本文提出了一種在快速遮擋剔除下基于CUDA的靶丸輻射能流并行計算方法。在對三維離散視角因子算法并行性分析基礎(chǔ)上,依據(jù)CUDA編程模型,將單元視角因子計算和遮擋檢測過程映射至GPU各運(yùn)算線程,完成了算法的CUDA并行化。
　　選擇不同仿真模型進(jìn)行數(shù)值實驗,對算法的準(zhǔn)確性和效率進(jìn)行驗證與分析。視角因子歸一性和對比解析解,驗證了算法有效性。對比CPU的計算結(jié)果表明,在保證計算精度的同時,基于CUDA的求解算法獲得了令人滿意的加速效果。最