[发明专利]一种基于共享内存的电磁场模拟并行计算方法

权利要求书

1.一种基于共享内存的电磁场模拟并行计算方法，该方法包括：

步骤1：将物理模型按空间平均划分为多个子区域，每个子区域由一个进程模拟，下面从简单的两个进程来考虑；对空间进行网格化，设要计算一行网格面的电磁场；

步骤2：然后创建共享内存窗口，在该共享内存中存放一个共享数组，一个时间步内每一个网格上各个方向上的电磁场分量存入共享数组且仅与数组中的一个索引对应，所有进程都依次对该数组进行读或者写；

步骤3：确定分界面，该分界面将待计算的这一行网格面平均划分，并初始化共享内存；

第1时刻内：进程0计算分界面及分界面一边的所有网格面的电场，进程1计算分界面另一边所有网格面的电场；将各网格面的电场数据根据索引存入共享数组中的对应位置；

第1+1/2时刻内：进程0计算分界面及分界面一边的所有网格面的磁场，进程1计算分界面另一边所有网格面的磁场；将各网格面的磁场数据根据索引存入共享数组中的对应位置；

在该完整时间步内，需要的电磁场数据在共享内存里可以被进程随时调用，完成电磁场的更新后，进程会进行一次同步；

第2时刻内：根据共享内存中各网格面的磁场数据，进程0计算分界面及分界面一边的所有网格面的电场，进程1计算分界面另一边所有网格面的电场；将各网格面的电场数据根据索引存入共享数组中的对应位置；

第2+1/2时刻内：根据共享内存中各网格面的电场数据，进程0计算分界面及分界面一边的所有网格面的磁场，进程1计算分界面另一边所有网格面的磁场；将各网格面的磁场数据根据索引存入共享数组中的对应位置；

在该完整时间步内，需要的电磁场数据在共享内存里可以被进程随时调用，完成电磁场的更新后，进程会进行一次同步；

采用上述相同方法计算后续时间步内各网格面的电磁场数据。

2.如权利要求1所述的一种基于共享内存的电磁场模拟并行计算方法，其特征在于，所述步骤3中采用如下公式计算电场：

其中，t表示时间，表示第n时间步内(i+1/2,j,k)位置上x方向上的电场分量，表示第n+1/2时间步内(i+1/2,j+1/2,k)位置上z方向上的磁场强度，表示第n+1/2时间步内(i+1/2,j,k)位置上x方向上的电流密度；

采用下式计算磁场：

其中，表示第n+3/2时间步内(i+1/2,j+1/2,k)位置上z方向上的磁场分量，表示第n+1时间步内(i+1/2,j+1,k)位置上x方向上的电场强度。

3.如权利要求1所述的一种基于共享内存的电磁场模拟并行计算方法，其特征在于，当系统内不存在粒子或不存在相对论粒子时，可以通过上述递推方法对电磁场进行更新；当系统内存在相对论粒子时，需要采用下面的递推方法更新电磁场；

其中，Dⁿ表示第n时间步内的电场，为哈密顿算符，α₁、α₂、α₃表示下一时刻、当前时刻以及上一时刻磁场值的权重因子，H^n+1/2表示第n+1/2时间步内的磁场强度，J^n+1/2表示第n+1/2时间步内的电流密度。