激光等离子体相互作用模拟的并行和加速研究

来源：计算机科学与探索杂志2018年第4期北京时间：

作者：武海鹏，文敏华，SEE Simon，林新华

单位：1. 上海交通大学 高性能计算中心，上海 2002402. NVIDIA Technology Center，新加坡3. 东京工业大学 学术国际情报中心，日本 东京

摘要：随着生成超短激光脉冲技术的不断发展，对这种激光脉冲和等离子体相互作用进行动力学描述也变得越来越重要。PIC（particle-in-cell）是一种在等离子体物理中，研究充能粒子在电磁场中运动轨迹的广泛采用的方法。尽管现在已经有一些在GPU上的PIC方法的实现，但是基于激光等离子体相互作用模拟的特点，仍然有很多重要问题可以尝试其他解决思路。提出了一种把初始的基于CPU的LPI模拟代码完整移植到GPU上的可行方法。提出了一系列加速初始的GPU版本的方法：动态冗余算法、混合精度算法、粒子排序算法。利用并且评估了GPUDirect RDMA（remote direct memory access）技术，其可以提高MPI的通信性能。实验结果证明，与初始的GPU版本相比，“Scatter”阶段加速比为6.1倍，当MPI传输数据大于3 KB时，通信过程提速了2.8倍。这些研究证明了针对模拟应用和GPU集群的特点进行特殊的优化能对性能带来显著的提升。

关键词：激光等离子体相互作用,粒子网格模拟,统一计算设备架构（CUDA）,CUDA优化,GPUDirect RDMA