"结构材料辐照损伤的分子动力学程序GPU并行化及优化"
本文主要研究结构材料辐照损伤的分子动力学程序在GPU上的并行化和优化。通过对NVIDIA的CUDA架构进行了研究,实现了单个GPU上的并行化,并对影响程序运行效率的相关因素进行了分析和测试。经过一系列优化,双精度加速比可达112倍,单精度加速比达到三百倍。
在分子动力学模拟中,计算量非常大,主要体现在时间和空间两个方面。在空间上,分子动力学需要模拟数千甚至上万条轨迹才能获得有统计意义的模拟结果;在时间上,为了精确地描绘粒子的运动状态,需要的模拟时间步长要足够小。这给传统的串行分子动力学模拟方法带来了极大的挑战。
为了提高仿真规模,国内外许多专家学者进行了大量研究,发展了从单机规模的串行算法到通过将计算任务分配给多个CPU的MPI和OPENMP的并行技术,再到现在日益成熟的GPU并行技术。GPU具有高并行、低能耗和低成本的特点,在数据并行度高的计算任务中有着显著的优点。
本文基于NVIDIA的CUDA架构对结构材料辐照损伤的分子动力学程序在单个GPU上的实现,并行化。该程序将所有计算任务全部交给GPU执行,CPU只控制程序流程,完成变量初始化、CPU与GPU间数据拷贝和内核函数的调度。并对影响程序运行效率的相关因素进行了分析和测试。
在分子动力学模拟中,EAM(Embedded—Atom Method)势是非常重要的,考虑了NVE(Number of particles, Volume, and Energy)。通过对EAM势的选择,模拟结果更加精确。
本文的研究结果表明,基于GPU的分子动力学程序在结构材料辐照损伤的研究中具有非常重要的意义,可以大大提高仿真规模和计算速度,为后续扩展多GPU结构材料辐照损伤的分子动力学程序奠定基础。
在计算物理领域中,GPU并行化技术的应用越来越广泛,对于提高计算效率和降低计算时间非常重要。本文的研究结果将对结构材料辐照损伤的研究产生重要影响,并为后续的研究提供了方向和思路。
同时,本文也对GPU并行化技术的应用进行了讨论,并分析了其优点和缺点,提出了未来的研究方向和建议。本文的研究结果将对结构材料辐照损伤的研究和计算物理领域产生重要影响。