(45-3) 18 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Блочные алгоритмы решения сеточных уравнений Zheng/Chen/Zhang
Д.Л. Головашкин 1,2, Н.Д. Морунов 2, Л.В. Яблокова 2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 899 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-837

Страницы: 461-468.

Аннотация:
Работа посвящена синтезу блочных алгоритмов FDTD-метода для расчетов по неявной разностной схеме Zheng/Chen/Zhang. Существенное внимание уделяется экспериментальному исследованию построенных алгоритмов, выявлению особенностей организации блочных вычислений по неявным сеточным уравнениям. Эффективность предложенных подходов подтверждена шестикратным ускорением вычислений.

Ключевые слова:
FDTD-метод, блочные алгоритмы, tiling, ускорение вычислений.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 19-07-00423 А.

Цитирование:
Головашкин, Д.Л. Блочные алгоритмы решения сеточных уравнений Zheng/Chen/Zhang / Д.Л. Головашкин, Н.Д. Морунов, Л.В. Яблокова // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 3. – С. 461-468. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-837.

Citation:
Golovashkin DL, Morunov ND, Yablokova LV. Block algorithms to solve Zheng/Chen/Zhang's finite-difference equations. Computer Optics 2021; 45(3): 461-468. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-837.

Литература:
  1. Taflove, A. Computational electrodynamics: The finite-difference time-domain method / A. Taflove, S. Hagness. – Boston: Arthech House Publishers, 2005. – 1006 p.
  2. Taflove, A. Advances in FDTD computational electrodynamics: Photonics and nanotechnology / A. Taflove, A. Oskooi, S.G. Johnson. – Boston: Arthech House Publishers, 2013. – 623 p.
  3. Yee, K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media / K.S. Yee // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1966. – Vol. AP-14. – P. 302-307. – DOI: 10.1109/TAP.1966.1138693.
  4. Namiki, T. A new FDTD algorithm based on alternating-direction implicit method / T. Namiki // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1999. – Vol. 47. – P. 2003-2007.
  5. Xie, G. A unified 3–D ADI–FDTD algorithm with one-step leapfrog approach for modeling frequency-dependent dispersive media / G. Xie, Z. Huang, M. Fang, X. Wu // International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields. – 2019. – Vol. 33, Issue 2. – P. 184940-184949. – DOI: 10.1002/jnm.266610.
  6. Wanjun, S. Analysis of electromagnetic wave propagation and scattering characteristics of plasma shealth via high order ADE-ADI FDTD / S. Wanjun, Z. Hou // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. – 2016. – Vol. 30, Issue 10. – P. 1321-1333. – DOI: 10.1080/09205071.2016.1198727.
  7. Yao, Z. 3D ADI-FDTD modeling of platform reduction with thin film ferromagnetic material / Z. Yao, Y.E. Wang // 2016 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI). – 2016. – P. 2019-2020. – DOI: 10.1109/APS.2016.7696716.
  8. Jordan, H. Experience with ADI-FDTD techniques on the Cray MTA supercomputer / H. Jordan, S. Bokhari, S. Staker, J. Sauer, M. ElHelbawy, M. Piket-May // Proceedings of SPIE. – 2001. – Vol. 4528. – P. 68-76. – DOI: 10.1117/12.434878.
  9. Liu, S. A multi-GPU accelerated parallel domain decomposition one-step leapfrog ADI-FDTD / S. Liu, B. Zou, L. Zhang, S. Ren // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2020. – Vol. 19, Issue 5. – P. 816-820. – DOI: 10.1109/LAWP.2020.2981123.
  10. Orozco, D. Mapping the FDTD application to many-core chip architectures / D. Orozco, G. Guang // International Conference on Parallel Processing (ICPP '09). – 2009. – P. 309-316. – DOI: 10.1109/ICPP.2009.44.
  11. Minami, T. Automatic parameter tuning of threedimensional tiled FDTD kernel / T. Minami, M. Hibino, T. Hiraishi, T. Iwashita, H. Nakashima // High Performance Computing for Computational Science VECPAR 2014. – 2014. – P. 284-297. – DOI: 10.1007/978-3-319-17353-5_24.
  12. Golub, G.H. Matrix computations / G.H. Golub, C.F. Van Loan. – Baltomore, London: Johns Hopkins University Press, 1996. – 694 p.
  13. Zhen, F. Toward the development of a three-dimensional unconditionally stable finite-difference time-domain method / F. Zhen, Z. Chen, J. Zhang // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2000. – Vol. 48, Issue 9. – P. 1550-1558.
  14. Ортега, Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем / Дж. Ортега; пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 368 с.
  15. Zhou, X. Tiling optimizations for stencil computations / X. Zhou [Electronical Resource]. – 2013. – URL: https://www.ideals.illinois.edu/bitstream/handle/2142/44340/Xing_Zhou.pdf (request date 15.11.2020).
  16. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. – М.: Наука, 1977. – 657 с.
  17. Самарский, А.А. Вычислительная теплопередача / А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 784 с.
  18. Деммель, Дж. Вычислительная линейная алгебра / Дж. Деммель; пер. с англ. – М.: Мир, 2001. – 435 с.
  19. Яблокова, Л.В. Блочные алгоритмы совместного разностного решения уравнений Даламбера и Максвелла / Л.В. Яблокова, Д.Л. Головашкин // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 2. – С. 320-327. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-320-327.
  20. Wolfe, M. Loops skewing: The wavefront method revisited / M. Wolfe // International Journal of Parallel Programming. – 1986. – Vol. 15, Issue 4. – P. 279-293. – DOI: 10.1007/BF01407876.
  21. Закиров, А.В. Алгоритм DiamondTorre и высокопроизводительная реализация FDTD метода для суперкомпьютеров с графическими ускорителями / А.В. Закиров, В.Д. Левченко, А.Ю. Перепёлкина, Я. Земпо // Труды международной конференции Суперкомпьютерные дни в России. – 2016. – С. 80-94.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20