[发明专利]使用GPU并行实现的基于PIC模型的加速器仿真方法

权利要求书

1.一种使用图形处理单元GPU实现的基于质点网格PIC模型的加速器仿真方法，包括：

a.在主机中产生初始化信息，并将初始化信息从主机复制到计算节点的GPU中，GPU包括多个流处理器；

在GPU中利用多个流处理器并行执行以下步骤：

b.根据初始化信息，确定粒子位置与网格的对应关系；

c.根据粒子位置与网格的对应关系，计算每个网格内所有粒子在网格上的电荷密度权重，得到网格的电荷密度分布；

d.根据网格的电荷密度分布计算网格的电势分布，并根据网格的电势分布计算网格电场分布；

e.计算每个粒子在电场作用下的运动变化，并更新每个粒子的运动状态；以及

f.用每个粒子的更新的运动状态代替初始化信息，迭代地执行步骤b到e，直到粒子运动状态满足设计需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b和e中按照一个流处理器对应一个粒子的方式进行GPU并行处理，并且在步骤c和d中按照一个流处理器对应一个网格的方式进行GPU并行处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中初始化信息包括三维仿真空间划分所得的网格数目、粒子的数目、粒子的三维位置和速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤b包括：

确定每个粒子的位置所在的网格的编号并存储在数组中；

根据确定的编号对数组中的粒子位置进行排序，使在同一个网格内的所有粒子位置连续排列；

在排序后的数组中获取每个网络内粒子的开始位置和结束位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤b中采用包括多个并行线程的线程块，每个线程块处理预定数目的网格，并且线程块共享访问GPU中的共享内存。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤d中，对电荷密度分布进行三维傅立叶变换，根据频域电荷密度分布计算网格的频域电势分布，并对频域电势分布进行三维傅立叶逆变换，以得到网格的电势分布。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤e包括：计算每个粒子在电场作用下的受力和加速度，并更新每个粒子的三维速度和位置。

8.根据权利要求4中所述的方法，其中步骤e还包括：更新所述数组中的粒子位置，对数组中所有粒子位置排序，并更新每个网格内粒子的开始位置和结束位置。

9.根据权利要求4所述的方法，其中利用排序后的数组，线程块对连续排列的同一个网格内的所有粒子位置进行合并访问。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤d中利用纹理内存绑定的方法，根据网格的电势分布计算网格的电场分布。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤e中，改变线程块的大小，并利用改变后的线程块的大小计算每个粒子的运动变化。