[发明专利]一种基于图形处理器的多组分系统离散模拟计算方法

权利要求书

1.一种基于图形处理器的多组分系统离散模拟计算方法，其特征在 于，该方法在包括多个计算节点组成的并行计算系统上实现，所述计算节 点上安装有图形处理器GPU；该方法包括：

步骤1)、对所要模拟的多组分系统做空间分解，在所述空间分解中， 将所述多组分系统的空间分为多个子区域，并将所述子区域分为网格；

步骤2)、建立所述多组分系统中的粒子与所述步骤1)所得到的网格 之间的映射关系；

步骤3)、将所述多组分系统中的粒子信息按照所述空间分解的结果分 别分配给所述多个计算节点上的GPU内的线程块，并将粒子的作用势参 数、模拟设置信息保存到所述GPU的内存中；

步骤4)、在所述GPU上计算粒子所受到的作用力，并根据所述作用 力对粒子的速度与位置进行更新；

步骤5)、重复对粒子的上述计算过程，直到对所述多组分系统模拟结 束后将模拟结果从所述并行计算系统中输出。

2.根据权利要求1所述的基于图形处理器的多组分系统离散模拟计 算方法，其特征在于，所述的步骤4)包括：

步骤4-1)、在所述GPU的各个线程块上并行计算各个粒子的当前速 度与当前位置，根据计算结果实现对粒子位置以及粒子速度的更新；

步骤4-2)、根据步骤4-1)的更新结果在各个GPU内实现所述粒子到 所述网格映射的更新；

步骤4-3)、利用CPU的进程实现GPU间的信息传递，实现粒子在不 同GPU间的迁移以及边界粒子传递，其中CPU为每一个GPU分别分配 一个进程做相应的管理；

步骤4-4)、根据所述粒子的类型，选择相应的粒子作用势参数，实现 粒子间作用力的计算；

步骤4-5)、根据所述粒子间作用力的计算结果，再次对所述粒子的速 度做更新操作。

3.根据权利要求1或2所述的基于图形处理器的多组分系统离散模 拟计算方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，按照所述并行计算系统 中的GPU个数实现对所述子区域的划分，使得所述子区域的个数与所述 GPU的个数相等；在所述子区域内按照作用截断距离信息划分网格。

4.根据权利要求1或2所述的基于图形处理器的多组分系统离散模 拟计算方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，将所述多组分系统中的 粒子信息按照所述空间分解的结果分别分配给所述多个计算节点上的 GPU内的线程块时，将所述多组分系统的一个子区域分配给一个所述的 GPU，将所述子区域内的一个网格分配给所述GPU内的一个线程块，所 述网格内的一个粒子由所述线程块内的一个线程做专门的处理。

5.根据权利要求1或2所述的基于图形处理器的多组分系统离散模 拟计算方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，所述的作用势参数包括 作用截断距离r、作用特征长度σ、作用势能ε、用于表示斥力项相对大小 的系数a、用于表示引力项相对大小的系数b在内的多个参数。

6.根据权利要求2所述的基于图形处理器的多组分系统离散模拟计 算方法，其特征在于，所述的步骤4-2)包括：

步骤4-2-1)、根据粒子的新位置计算粒子在运动后所在网格的坐标；

步骤4-2-2)、各个网格备份原有的粒子到网格的映射信息，并从所述映 射信息中找出网格坐标与当前网格坐标不相符合的粒子，删除该粒子；

步骤4-2-3)、网格根据周边邻居网格所备份的粒子到网格的映射信息， 从周边邻居中找出属于自己的粒子，并将这些粒子放入本网格的粒子映射信 息中。