本文關(guān)鍵詞：1D3V粒子模擬軟件BUMBLEBEE的多核TBB并行研究

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【摘要】：當(dāng)我們遇到某些復(fù)雜問題的時(shí)候,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模或者實(shí)驗(yàn)技術(shù)不一定能解決,比如大尺度的自然現(xiàn)象、瞬態(tài)的物理過程、一些具有復(fù)雜邊界的問題等。隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展,人們開始通過計(jì)算機(jī)來解決這樣的問題,且取得了顯著的成績,但是隨著模型增大或問題的精細(xì)化,使得計(jì)算機(jī)模擬負(fù)擔(dān)呈數(shù)量級的增長,因此提高計(jì)算效率非常關(guān)鍵。通過硅工藝來提高CPU的頻率已經(jīng)達(dá)到了瓶頸,想要通過提高CPU頻率來增加運(yùn)算速度顯然很困難,因此人們瞄向了多核并行。Intel公司的多核處理器已經(jīng)日趨成熟,還發(fā)明了應(yīng)用于多核編程的TBB線程構(gòu)建模塊,通過線程構(gòu)建模塊,將大大提高某些程序的運(yùn)行效率。1D3V粒子模擬軟件BUMBLEBEE是一款描述激光和物質(zhì)互作用的粒子模擬軟件。由于它的運(yùn)行時(shí)間長,且又是一款適合并行的軟件,因此本文基于因特爾公司的TBB線程構(gòu)建模塊,將1D3V粒子模擬軟件BUMBLEBEE的串行程序并行化,主要工作包括:1.對TBB產(chǎn)生的背景及其并行環(huán)境Intel Parallel Studio做了簡單的介紹,通過對比其他的編程語言如MPI和Open MP,闡述了選擇TBB線程構(gòu)建模塊的原因。2.對串行代碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做了介紹,包括各個(gè)模塊的功能和模塊之間的執(zhí)行順序,然后通過Intel Parallel Studio中自帶的工具對串行代碼的熱點(diǎn)做了分析。3.對本文中需要用到的TBB模板做了詳細(xì)介紹,包括循環(huán)并行模板parallel_for和任務(wù)調(diào)度器task模板,對TBB中的其他功能作了簡要的介紹。4.詳細(xì)的描述了并行的具體步驟,對并行過程中遇到的數(shù)據(jù)競爭問題做了分析,詳細(xì)的描述了解決數(shù)據(jù)競爭的算法及其原理,展示了并行程序相對于串行程序的加速比以及并行程序的可擴(kuò)展性,其中加速比在四核下接近于線性加速,可擴(kuò)展性良好。5.對比了并行程序和串行程序的運(yùn)行結(jié)果(運(yùn)行結(jié)果包括場的變化、粒子位置的變化等),最終結(jié)果完全一致,驗(yàn)證了并行程序的正確性。最后分析了運(yùn)行結(jié)果隨時(shí)間的變化過程。
【關(guān)鍵詞】：BUMBLEBEE 線程構(gòu)建模塊 加速比 多核加速 激光與等離子體互作用
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN24;TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 工作背景10
• 1.2 并行時(shí)代的來臨10-12
• 1.2.1 功率密度的飆升10-11
• 1.2.2 多核計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)11-12
• 1.3 論文所作的工作12-13
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第二章 TBB及其并行環(huán)境簡介14-23
• 2.1 TBB的優(yōu)勢14-16
• 2.1.1 與裸線程和MPI的比較15
• 2.1.2 與OpenMP的比較15-16
• 2.2 Intel Parallel Studio簡介16-22
• 2.2.1 Parallel Advisior的工作流程17-18
• 2.2.2 Parallel Composer XE簡介18-19
• 2.2.3 VTune Amplifier XE簡介19-20
• 2.2.4 Parallel Inspector XE20-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 串行代碼結(jié)構(gòu)及線程構(gòu)建模塊簡介23-32
• 3.1 串行代碼簡介23-25
• 3.2 串行代碼的修改25-26
• 3.2.1 數(shù)組類型為網(wǎng)格25
• 3.2.2 數(shù)組類型為粒子25-26
• 3.3 TBB線程構(gòu)建模塊簡介26-31
• 3.3.1 循環(huán)并行化26-30
• 3.3.2 任務(wù)調(diào)度器并行30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 1D3V粒子模擬軟件BUMBLEBEE的并行算法32-49
• 4.1 BUMBLEBEE串行代碼的熱點(diǎn)分析32-34
• 4.2 BUMBLEBEE的并行34-48
• 4.2.1 并行中的安全性34-37
• 4.2.2 并行算法37-41
• 4.2.3 并行加速比41-46
• 4.2.4 可擴(kuò)展性46-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 結(jié)果分析49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 運(yùn)行結(jié)果分析49-58
• 5.2.1 場分布對比50-55
• 5.2.2 粒子分布特性對比55-58
• 5.3 總結(jié)58-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63

【相似文獻(xiàn)】

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