基于SCI分布式共享存储系统的并行FDTD

摘要

在计算电磁学的各种方法中，时域有限差分(FDTD)方法以简单灵活而著称，被广泛应用于电磁计算领域。但FDTD 方法的应用往往受到单台计算机的速度和内存的限制。因此，并行FDTD的实现成为近年来的一个研究热点。 本文在研究和分析通信对并行计算性能影响和现有FDTD 并行计算系统中的通信机制和通信性能的基础上，提出了基于可扩展一致性接口(Scalable Coherent Interface，SCI)协议的分布式共享存储(DistributedShared Memory，DSM)系统的并行FDTD 方法，并基于Dolphin SCI 适配器构建了4 节点并行计算机群，通过SCI 虚拟共享存储映象的建立、不同子域间场值交换等技术的实现，构建了一整套基于SCI分布式共享存储的并行FDTD 计算系统。实验证明，该系统与当前性能较好的基于以太网的MPI 并行FDTD系统比较，在120×120×120的网格数条件下，4 节点机群获得了1.4 倍的提速。证实了本文方案的优势及具体实现技术的可行性。本文最后，通过最佳虚拟拓扑网络的设计，首次实现了基于SCI 网络的多点(>2)的反射存储通信库，并为并行FDTD系统动态负载平衡及其它高性能并行计算的实现奠定了基础。该技术可进一步服务于飞行器仿真、火控仿真等软实时系统，以及海量数据大尺寸图像拼接系统之中。