基于GPU加速的矩量法對電磁散射問題的研究.pdf

1、矩量法(MOM)是一種比較成熟和常用的計算電磁散射問題的方法，但是這種方法在分析電大或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)目標(biāo)時，離散所得的未知量數(shù)目較大，需要消耗較長的求解時間，并且對計算機(jī)的硬件配置要求也比較高，因此在普通的計算機(jī)上很難高效的實(shí)現(xiàn)。為了解決這些問題，可以采用并行計算技術(shù)來加速求解。最近幾年，隨著計算機(jī)圖形處理器(GPU)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其優(yōu)秀的并行計算能力吸引著許多開發(fā)人員來研究基于GPU的通用計算。NVIDIA公司推出的CUDA(Compu

2、te Unified Device Architecture，統(tǒng)一計算架構(gòu))使得開發(fā)人員可以在熟悉的開發(fā)環(huán)境中利用GPU實(shí)現(xiàn)高效的并行計算，在執(zhí)行大量計算時其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CPU。
　　 本文將GPU通用計算與矩量法相結(jié)合，利用GPU對并行矩量法求解電磁散射問題進(jìn)行了加速。在矩量法的求解過程中，比較耗時的有兩部分，阻抗矩陣的計算與求解矩陣方程，其中阻抗矩陣元素的計算和迭代法求解矩陣方程步驟中的矩矢相乘都適合使用GPU進(jìn)行并行加速。

3、與傳統(tǒng)的基于計算機(jī)集群利用MPI實(shí)現(xiàn)的并行算法相比，基于GPU的并行計算的實(shí)現(xiàn)成本更低，只需一臺裝有支持CUDA技術(shù)的GPU的計算機(jī)即可，并且其加速效率也更高。
　　 本文首先研究了矩量法求解二維導(dǎo)體的電磁散射問題，對其進(jìn)行了GPU并行加速。隨后又以更小的粒度實(shí)現(xiàn)了基于GPU的三維導(dǎo)體電磁散射問題的并行矩量法加速，并且對程序進(jìn)行了優(yōu)化。最后在GPU上實(shí)現(xiàn)了基于最佳一致逼近的高階矩量法的并行加速，相較于傳統(tǒng)的低階矩量法，高階矩量法