アンテナ設計のためのFDTD法による電磁界シミュレーションのGPUへの実装

摘要

本稿は，アンテナ設計のための，3次元FDTD法による電磁界シミュレーションのGPUを用いた高速化について述べる.境界条件としてBerengerによって提案されたsplit PMLを用いた3D-FDTD法は，ステンシル演算の一種であリGPUでの高速化に通していると考えられる.計算領域をブロック化する際にはGPUの構造を考慮したいくつかのブロック化サイズが考えられるが，複数のサイズで評価を行い最適なサイズを明らかにする.さらに，わずかなメモリ使用量の増加と引換に約12％の性能向上が見られるカーネルの統合について述べる.GeForce GTX295を用いた評価の結果，最適なブロック化サイズの探索とカーネルの統合などの最適化により，Corei7920上のシンプルな実装に対して約110倍の高速化が達成され，マルチコアやSIMD命令の理想的な活用を想定しても約3.45倍の高速化が期待できることが分かった.%This paper describes electromagnetical field simulation using the 3D-FDTD method for antenna designing on a CUDA-compatible GPU. We used the split Perfectly Matched Layer as absorbing boundary condition. As is well known, the 3D-FDTD method is a kind of stencil computation and is considered better at GPU implementation. In order to find the best blocking size for the target GPU architecture, we empirically explored a design space of blocking size. We also propose a kernel join method as one of efficient optimization methods, which improves the total performance about 12% at the cost of a small increase in memory usage. As a result of evaluation, our implementation of the 3D-FDTD method on a GeForce GTX295 platform achieves about 110 times performance improvement compared to a simple CPU implementation, which is estimated about 3.45 times faster than an ideally parallelized CPU implementation using multi-core and SIMD instructions.