【摘要】：當(dāng)下,隨著計(jì)算機(jī)體系不斷向多核異構(gòu)結(jié)構(gòu)發(fā)展,其計(jì)算能力也不斷得到提升和突破,計(jì)算物理中大規(guī)模和高計(jì)算量的問題也有了研究的契機(jī)。蒙特卡洛法作為非常重要的一種模擬方法,對(duì)其并行算法的研究和實(shí)現(xiàn)具有重要意義。在此背景下,本論文依托實(shí)驗(yàn)室搭建的計(jì)算平臺(tái),主要研究動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛的相關(guān)并行計(jì)算算法�；谳^簡(jiǎn)單的薄膜生長(zhǎng)仿真過程,實(shí)現(xiàn)了算法的并行計(jì)算仿真,而后又基于更復(fù)雜的納米基底下的嵌段共聚物自組裝過程,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛并行計(jì)算方法的并行應(yīng)用。詳細(xì)來(lái)說(shuō),本論文的研究工作及成果包括:(1)總結(jié)了動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛算法目前存在的問題和挑戰(zhàn),其中傳統(tǒng)算法單一執(zhí)行性的特征是實(shí)現(xiàn)并行化的主要難點(diǎn),進(jìn)而介紹了以時(shí)間推進(jìn)是否同步為區(qū)別的兩種典型的并行算法思想:混合式異步算法和空事件同步算法。在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)和對(duì)兩種算法的偽并行實(shí)現(xiàn)及比較后,認(rèn)為空事件同步并行算法更適合于并行計(jì)算,并展開后續(xù)研究。(2)基于薄膜生長(zhǎng)過程,通過OpenMP指導(dǎo)性編譯,引入周期性邊界條件等方法實(shí)現(xiàn)了算法的并行仿真,將并行計(jì)算得到的結(jié)果與基礎(chǔ)KMC仿真得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了算法維持了過程的正確性和動(dòng)態(tài)性。在對(duì)并行加速效果進(jìn)行分析時(shí),注意到了區(qū)塊劃分會(huì)增加蒙特卡洛時(shí)間推進(jìn)步長(zhǎng),提出了該優(yōu)化算法的加速比計(jì)算公式。在最高線程60線程的并行計(jì)算下,實(shí)際加速比能達(dá)到37左右。(3)在半導(dǎo)體制造陷入瓶頸,嵌段共聚物自組裝技術(shù)具有替代前景的背景下,將動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛并行算法應(yīng)用其仿真中,并提出通過統(tǒng)計(jì)均值作為不同類別狀態(tài)的速率近似值的思想,來(lái)解決計(jì)算全局事件速率總和的難點(diǎn)。(4)同樣對(duì)嵌段共聚物自組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了并行仿真,在最高線程64個(gè)線程的并行計(jì)算下,實(shí)際加速比能接近40,并提出了加權(quán)圖像信息熵的概念驗(yàn)證了算法具有良好的動(dòng)態(tài)性。最后在并行計(jì)算加速仿真的條件下,研究了不同仿真條件的改變對(duì)納米基底誘導(dǎo)嵌段共聚物自組裝形成的圖案的影響和規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O242.2;O411.1

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