[发明专利]基于GPU并行架构的束流轰击颗粒的能量沉积仿真方法

权利要求书

1.一种基于图形处理单元GPU并行架构对束流轰击颗粒后的能量沉积进行仿真的方法，包括如下步骤：

a.初始化，包括：计算束流在轰击均匀物质后能量沉积的线功率密度并保存为线功率密度文件；设置包括多个能量子网格的束流能量网格；设置包括多个束流子通道和多个计算子网格的束流计算网格；分配多个GPU线程块，线程块的数量等于束流子通道的数量，每个线程块包括多个线程；设置第一计数器和第二计数器，第一和第二计数器的各个计数值分别指示对应束流子通道上的当前处理的能量子网格和计算子网格；以及为每个线程块分配一个标记数组；

b.读取线功率密度文件，并根据每个能量子网格的大小计算每个能量子网格的体功率密度；

c.所述多个线程块的所有线程执行并行处理，使得每个线程块中的多个线程并行计算对应的束流子通道中的各个计算子网格的位置坐标，根据所计算的位置坐标确定各个计算子网格是否与颗粒发生作用，并且对于发生作用的计算子网格，修改标记数组中与该计算子网格对应的元素值，以指示该计算子网格与颗粒发生作用；

d.每个线程块中的多个线程根据标记数组确定对应的局部偏移量；

e.每个线程块中的多个线程将第一计数器中的对应计数值与对应的局部偏移量相加以获得读取束流能量网格的位置信息，并且仅在线程所对应的标记数组中的元素值指示了与颗粒发生作用时，该线程才根据位置信息读取束流能量网格上对应的能量子网格的体功率密度，利用体功率密度计算该能量子网格具有的能量，将该能量沉积在颗粒上；以及

f.更新第一和第二计数器的计数值，以针对后续的能量子网格和计算子网格，重复步骤c、d和e，直到第一计数器的计数值不小于能量子网格的数目或者第二计数器的计数值不小于对应束流子通道上的计算子网格的数目。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤a，计算束流入射均匀物质后在不同深度的能量沉积线功率密度分布并保存成为三元组格式文件，该文件用于计算在束流入射方向上，随着入射深度增加能量在空间内分布的体功率密度，每个三元组表示束流入射方向上的一个区间以及在该区间上沉积在物质上的能量密度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，束流能量网格包括一维连续的立方体形式的能量子网格，能量子网格的数目与区间的数目相等；

其中，束流计算网格包括多个束流子通道，每个束流子通道包括一维连续的立方体形式的计算子网格组成，计算子网格的大小与能量子网格的大小相同，每个束流子通道内的计算子网格的数目是能量子网格的至少三倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c，利用Linked-cell Structure网格，搜索每个计算子网格当前所在Linked-cell Structure网格及相邻的多个Linked-cellStructure网格，以确定该计算子网格周围与其交叠的颗粒，作为发生作用的颗粒。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，标记数组的元素值初始设置为0，

在步骤c中，对于与颗粒发生作用的计算子网格，修改标记数组中与该计算子网格对应的元素值为1，以指示该计算子网格与颗粒发生作用。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤d，线程块中的所有线程并行地对标记数组的元素值进行求前序和操作，以便每个线程确定该线程前面有多少个计算子网格与颗粒发生作用，并将前序和操作结果保存在该线程的寄存器变量中，作为局部偏移量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤e中，还将体功率密度转化为热能并修改对应颗粒的温度值，以体现该颗粒上的能量沉积。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，利用一个或多个GPU，每个GPU包括多个流处理器，每个流处理器对应一个线程，

每一个束流子通道对应一道束流，由一个线程块负责处理，每个线程块具有预定数目的多个线程，每个线程块每次处理其对应束流子通道上的所述预定数目的计算子网格，经过多次循环处理完一个束流子通道上的所有计算子网格。