基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真的開題報(bào)告

基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真的開題報(bào)告一、課題背景隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)模擬的多尺度分析已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域的重要研究手段。其中，多尺度分析最大的特點(diǎn)在于需要對(duì)不同尺度的物理現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，而這一過程常常需要耗費(fèi)巨大的計(jì)算資源。因此，對(duì)于多尺度分析而言，利用高性能計(jì)算（HPC）平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算加速和優(yōu)化已成為不可或缺的步驟。面對(duì)復(fù)雜的多尺度分析問題，基于CUDA加速的MBR（MoleculardynamicswithBoundaryReaction）模擬仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于納米材料、生物分子、環(huán)境化學(xué)等領(lǐng)域，具有高效、準(zhǔn)確、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并在科研和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。二、課題意義本次課題旨在研究基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真技術(shù)，通過優(yōu)化算法和改善計(jì)算效率，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，從而更好地解決計(jì)算資源和復(fù)雜性等方面的問題。具體而言，本次課題的意義在于：1.研究面向多尺度問題的MBR模擬算法，并將其擴(kuò)展到基于多核GPU、多GPU甚至云HPC等平臺(tái)上。2.針對(duì)MBR模擬中存在的計(jì)算瓶頸和資源浪費(fèi)問題，開發(fā)優(yōu)化算法，改善計(jì)算效率，提高計(jì)算速度和準(zhǔn)確性。3.實(shí)現(xiàn)基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真軟件，并在納米科學(xué)、材料科學(xué)和化學(xué)生物學(xué)等領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用和推廣。三、研究內(nèi)容1.多尺度MBR模擬的算法研究2.基于CUDA加速的MBR模擬算法優(yōu)化3.多GPU并行計(jì)算和云HPC實(shí)現(xiàn)4.基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真軟件開發(fā)四、研究方法1.對(duì)多尺度MBR模擬算法進(jìn)行深入研究，理論分析模型的性能、優(yōu)缺點(diǎn)，并提出改進(jìn)算法。2.使用基于CUDA的并行計(jì)算模型，通過對(duì)MBR模擬算法進(jìn)行并行優(yōu)化，提高仿真計(jì)算效率和精度。3.通過對(duì)傳統(tǒng)MPI并行計(jì)算和GPU加速計(jì)算的比較研究，確定最佳的并行計(jì)算方案，實(shí)現(xiàn)跨節(jié)點(diǎn)、跨平臺(tái)協(xié)同計(jì)算。4.開發(fā)基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真軟件，利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其效果。五、進(jìn)度安排第一階段：搜集資料，查閱文獻(xiàn)，詳細(xì)了解多尺度MBR模擬計(jì)算和并行計(jì)算等方面的知識(shí)，確定研究目標(biāo)和擬定研究計(jì)劃。第二階段：對(duì)多尺度MBR模擬算法進(jìn)行深入研究，優(yōu)化算法設(shè)計(jì)，確定并行計(jì)算的策略和思路。第三階段：開發(fā)基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析。第四階段：完成畢業(yè)論文，并進(jìn)行答辯。六、預(yù)期成果1.基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真方法和算法優(yōu)化。2.開發(fā)基于CUDA加速的多尺度MBR模擬仿真軟件，用于計(jì)算納米材料、生物分子等領(lǐng)域的多尺度問題，并具有一定的可擴(kuò)展性。3.研究成果