Особенности построения блочных алгоритмов FDTD-метода при организации вычислений на графическом процессоре с использованием языка MATLAB

Морунов Н.Д.1, Головашкин Д.Л.1,2

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, 443086, Россия, Самарская область, Самара, Московское шоссе, д. 34,

2 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, 443001, Россия, Самарская область, Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

Аннотация:
Работа посвящена исследованию особенностей реализации блочных алгоритмов FDTD-метода на графических процессорах. Обсуждается понятие блочного алгоритма в целом и блочного алгоритма FDTD-метода в частности. Основное внимание уделяется специфике подбора объёма и формы блоков, связанной с использованием языка MATLAB и его дополнения Parallel Computing Toolbox. Демонстрируется практическая эффективность предложенных авторских приемов, раскрываются перспективы их применения.

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

Цитирование:
Морунов, Н.Д. Особенности построения блочных алгоритмов FDTD-метода при организации вычислений на графическом процессоре с использованием языка MATLAB / Н.Д. Морунов, Д.Л. Головашкин // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 4. – С. 671-676. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-671-676.

Литература:

  1. 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. – Р. 302-307. – DOI: 10.1109/TAP.1966.1138693.
  2. Котляр, В.В. Острая фокусировка лазерного света с помощью микрооптики / В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.Г. Налимов. – Самара: Новая техника, 2018. – 344 с. – ISBN: 978-5-88940-148-3.
  3. Krakiwsky, S.E. Graphics processor unit (GPU) acceleration of finite-difference time-domain (FDTD) algorithm / S.E. Krakiwsky, L.E. Turner, M.M Okoniewski // Proceedings of the 2004 International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS ’04). – 2004. – P. 1033-1036. – DOI: 10.1109/ISCAS.2004.1329513.
  4. Taflove, A. Computational electrodynamics: The finite-difference time-domain method / A.  Taflove, S. Hagness. –3th ed. – Boston: Arthech House Publishers, 2005. – 1006 p. – ISBN: 978-1-58053-832-9.
  5. XStream® GPU Acceleration [Electronical Resource].– URL: https://www.remcom.com/xf-xstream (request date 08.04.2019).
  6. Wahl, P. B-CALM: An open-source GPU-based 3D-FDTD with multi-pole dispersion for plasmonics / P. Wahl, D.-S. LyGagnon, Ch. Debaes, D.A.B. Miller, H. Thienpont // Optical and Quantum Electronics. – 2012. – Vol. 44, Issue 3. – P. 285-290. – DOI: 10.1007/s11082-012-9558-z.
  7. Elsherbeni, A.Z. The finite-difference time-domain method for electromagnetics with MATLAB simulations / A.Z. Elsherbeni, V. Demir. – Ralrigh, NC: SciTech Publishing, Inc., 2009. – 426 p. – ISBN: 978-1-891121-71-5.
  8. BrookGPU [Electronical Resource].– URL: http://graphics.stanford.edu/projects/brookgpu (request date 08.04.2019).
  9. Diner, J.E. FDTD Acceleration using MATLAB parallel computing toolbox and GPU/ J.E. Dinier, A.Z. Elsherbeni // Applied Computational Electromagnetics Society Journal. – 2017. – Vol. 32, Issue 4. – P. 283-288.
  10. 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.
  11. Golub, G.H. Matrix computations / G.H. Golub, Ch.F. Van Loan. – 3rd ed. – Baltimore, London: Johns Hopkins University Press, 1996. – 694 p. – ISBN: 978-0-8018-5414-9.
  12. Деммель, Дж. Вычислительная линейная алгебра. Теория и приложения / Дж. Деммель. – М.: Мир, 2001. – 435 с. – ISBN: 5-03-003402-1.
  13. 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.
  14. Minami, T. Automatic parameter tuning of three-dimensional tiled FDTD kernel / T. Minami, M. Hibino, T. Hiraishi, T. Iwashita, H. Nakashima. – In: High performance computing for computational science. VECPAR 2014 / ed. by M. Daydé, O. Marques, K. Nakajima. – 2014. – P. 284-297. – DOI: 10.1007/978-3-319-17353-5_24.
  15. Вальковский, В.А. Параллельное выполнение циклов. Метод пирамид / В.А. Вальковский// Кибернетика. – 1983. – № 5. – С. 51-55.

     


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