MIC异构直线加速器束流动力学模拟并行软件开发①

董晓彤, 杜克伟, 赵瑞峰, 徐 进



MIC异构直线加速器束流动力学模拟并行软件开发①

董晓彤, 杜克伟, 赵瑞峰, 徐 进

(中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室, 北京 100190)

现代高能物理研究需要使用高能量的粒子加速器, 加速器束流动力学模拟软件具有重要的实用意义. 介绍了一个3维基于MIC的异构直线加速器并行束流动力学模拟软件NEWBEAM-MIC的开发进展. 目的是使用最新的超级异构计算机提高束流动力学模拟软件的性能, 更好地完成加速器的设计和优化工作. 这个软件模拟了DTL和SOLENOID加速器装置中粒子的运动过程. NEWBEAM-MIC是在NEWBEAM-CPU软件基础上, 将粒子推进部分分配到MIC卡上运行, 从而利用MIC多线程的优势使计算加速的. 通过实际测试, 这个软件在天河二号上使用100 CPUs和100 MICs可以模拟109个粒子, 其中DTL场力计算、SOLENOID场力计算和粒子推进三个部分均可以比仅使用100 CPUs的NEWBEAM软件有100倍以上的加速效果. 再考虑MIC卡上的多线程, 对同样规模的粒子, 使用100 CPUs 和 100 MICs, 当MIC线程数开到最大(224)时, NEWBEAM-MIC可以比单线程串行计算方式加速10000倍以上. 这表明本文开发的基于MIC的异构软件可以很好地加速原有的CPU软件, 发挥现有MIC异构超级计算机的潜在性能.

粒子追踪; 异构并行计算; 直线加速器; 集成众核; FFTW

1　背景介绍

现代科学对物质组成的研究已经深入到原子核、夸克等微观粒子层次. 对这些微观粒子的研究需要使用粒子加速器产生的高能粒子进行探测. 粒子加速器是非常复杂的科学装置, 主要涉及电磁场……