二维等离子体并行PIC模拟的性能分析及应用

计算物理 ›› 2005, Vol. 22 ›› Issue (3): 264-270.

二维等离子体并行PIC模拟的性能分析及应用

陆全明¹, 窦贤康¹, 王水¹, 王曙²

1. 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 安徽合肥 230026;
2. 中国网络通信有限公司珠海分公司, 广东珠海 519020

收稿日期:2004-02-09 修回日期:2004-06-22 出版日期:2005-05-25 发布日期:2005-05-25
作者简介:陆全明(1969-),男,江苏苏州,博士,教授,主要从事空间等离子体物理及并行计算的研究工作.
基金资助:
国家自然科学基金(40084001;40174041;4024406);中国科学院知识创新工程重要方向(KZCX2-SW-136);博士点基金资助项目

Performance Analysis and Application of 2-D Plasma Parallel Particle-in-cell Simulations

LU Quan-ming¹, DOU Xian-kang¹, WANG Shui[Author]) AND 1[Journal]) AND year[Order])" target="_blank">WANG Shui¹, WANG Shu²

1. Department of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
2. Zhuhai Branch, China Netcom Corporation Ltd., Zhuhai 519020, China

Received:2004-02-09 Revised:2004-06-22 Online:2005-05-25 Published:2005-05-25

摘要/Abstract

摘要： 通过区域分解法实现了二维等离子体粒子模拟程序并行化,并将此程序运行在由16个Pentium Ⅲ 1.6G CPU组成的微机机群上,对其性能进行了测试.结果表明,在计算规模一定的情况下,并行程序的并行效率随计算结点的增加而降低;而在计算节点不变的情况下,并行效率随计算规模的增加而增加,并行计算更适合于计算规模大的物理问题.利用此并行程序计算了等离子体中的束流不稳定性,结果表明,在波动激发的线性增长阶段,等离子体束流激发的Alfv啨n波基本上沿背景磁场方向传播,其波数满足共振条件ω-kV_b=-Ω_i,其中ω和k分别为Alfvén波的频率和波数,V_b为束流的速度,Ω_i为离子的回旋频率.

关键词: 粒子模拟, 并行计算, 束流不稳定性

Abstract: The implementation of a 2D parallel particle-in-cell (PIC) simulation with domain partition is presented.Its performance is tested on a PC cluster of 16 Pentium Ⅲ 1.6 CPUs. It shows that the parallel efficiency decreases with the increasing of computation nodes while keeping the calculation size; and the parallel efficiency increases with the size of physical problem while keeping the number of computational nodes. It means that parallel computing is suitable for large physical problems. As an example, a calculation on plasma beam instability is performed with this parallel PIC code. The results show that in the linear growth stage, the excited Alfven waves propagate in the direction of ambient magnetic field, and they satisfy a resonant condition ω-kV_b=-Ω_i, where ω and k are frequency and wave number of the excited Alfven waves, respectively, V_b the beam velocity and Ω_i the ion cyclotron frequency.

Key words: particle simulations, parallel computing, beam instability

中图分类号:

陆全明, 窦贤康, 王水, 王曙. 二维等离子体并行PIC模拟的性能分析及应用[J]. 计算物理, 2005, 22(3): 264-270.

LU Quan-ming, DOU Xian-kang, WANG Shui, WANG Shu. Performance Analysis and Application of 2-D Plasma Parallel Particle-in-cell Simulations[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2005, 22(3): 264-270.

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