在CPU/GPU硬體架構下平行求解具保頻散關係式算則的三維光波導問題

Development of a DRE-preserving solver in CPU/GPU platform to simulate 3D waveguide propagation problem

王士哲(Shi-Zhe Wang)

指導教授 ： 許文翰

國立臺灣大學/工學院/工程科學及海洋工程學研究所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2015.00040

摘要

本論文在交錯網格上發展三維時域有限差分法(FDTD)，以求解馬克斯威爾方程。
本文的方法是執行於資料相依度不高的網格上，非常適合進行平行計算。
平行計算的平台使用多核心中央處理器(CPU)和最近發展迅速的圖形處理器(GPU)。
為了達到速度提升的目的，本文所提出的資料結構屬於共享記憶體的方法，它能有效的減少對於資料於存取時的延遲，而得以顯著地提升計算效能。

關鍵字

圖形處理器 ； 色散關係保持式 ； 馬克斯威爾方程組 ； 光波導 ； 平行計算

並列摘要

An explicit finite-difference scheme for solving the three-dimensional Maxwell's equations using CPU/GPU platform is presented in time domain.
Computational performance will be assessed based on the results obtained from the calculation in Nvidia Tesla K20(GPU) and in I7-4820K CPU.
This thesis develop a method that get good speedup by using shared memory.
Final we simulate a photonic crystals waveguide converter problem to prove this program correctness.

並列關鍵字

GPU ； Shared memory ； Photonic crystals waveguide

參考文獻

[22] C. M. Furse, S. P. Mathur, O. P. Gandi, Improvements to the finite-difference timedomain

[1] K. S. Yee, Numerical solution of initial boundary value problems involving

Maxwell’s equations in isotropic media, IEEE Trans. Antennas Propagat. AP4

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implementation of the CFS-PML for arbitrary media, Microwave Optical Tech. Lett.