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高性能FDTD并行计算研究的任务书
任务书
一、任务背景
随着电磁场的计算模拟在电磁学、光学、微波领域内的广泛应用，FDTD（时域有限差分）算法由于精度高、适用范围广等优点，成为最常用的计算方法之一。得益于高效的并行算法和计算机硬件技术的发展，FDTD算法在大型计算任务中已经被广泛应用，因此FDTD并行计算的技术研究具有重要的现实意义。
现有的FDTD并行算法主要包括基于MPI（消息传递接口）的并行计算方法和基于GPU（图形处理器）的并行计算方法。但是，这些算法在计算效率、负载均衡和可扩展性方面仍存在一定的局限性。因此，开展FDTD并行算法的研究，提高算法的性能，进一步推进FDTD在实际应用中的广泛使用，有着重要的理论和实践意义。
二、任务内容
本课题旨在研究FDTD算法的并行计算技术，重点包括以下方面：
1.探索基于MPI和GPU的FDTD并行算法，分析不同算法的性能和适用范围；
2.针对算法在计算性能、负载均衡和可扩展性方面存在的问题，提出优化策略，改进算法的并行化效率；
3.根据硬件资源的容量和分配情况，设计并实现具有高性能的FDTD并行计算系统，并对系统的性能进行测试和分析；
4.利用FDTD算法对电磁场在各种复杂环境中的计算模拟，进行相关的仿真实验，对FDTD并行计算系统的性能进行进一步的评价和改进。
三、任务要求
1.具有较好的数学基础和计算机编程能力，熟悉C/C++编程语言和MPI/GPU并行计算技术。
2.具有良好的系统思维能力和团队合作精神，能够承担一定的工作压力和团队协作任务。
3.具备良好的文献查找和阅读能力，熟练掌握英文文献的阅读和撰写能力。
4.能够按照计划和要求，按时完成课题研究任务，并撰写相关的研究报告和论文。
四、研究成果与要求
1.完成FDTD并行计算系统的设计和实现，并取得较好的计算性能和负载均衡效果。
2.在已有研究基础上，提出有效的并行算法优化策略，进一步提高计算效率和可扩展性。
3.利用FDTD算法进行仿真实验，对优化后的并行计算系统进行测试和分析，取得较好的实验结果。
4.撰写研究报告和论文，将研究成果进行系统总结和归纳，并在相关的学术会议和期刊上进行发表。
五、参考文献
1.Yee,K.S.(1966).NumericalsolutionofinitialboundaryvalueproblemsinvolvingMaxwell'sequationsinisotropicmedia.IEEETransactionsonantennasandpropagation,4(3),302-307.
2.Taflove,A.,&Hagness,S.C.(2005).Computationalelectrodynamics:thefinite-differencetime-domainmethod.ArtechHouse.
3.Fu,C.,&Hu,X.(2015).High-performanceFDTDsolutionsonmulti-coreCPUsandmany-coreGPUs.ProgressInElectromagneticsResearch,150,47-56.
4.Li,J.,Liu,W.,Zheng,Y.,&Tan,J.(2011).PerformanceanalysisofaheterogeneousCPU-GPUcomputingsystemforFDTDsimulations.MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,53(11),2674-2677.
5.Chen,J.,Gao,L.,Han,W.,&Yang,L.(2015).AhybridMPI-GPUparallelizationapproachforefficientFDTDcomputation.JournalofComputationalandTheoreticalNanoscience,12(3),293-299.