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适用专业：材料科学与工程
适用年级：大学
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资料简介：
毕业论文-GPU计算微磁学问题，共82页，31911字，附外文翻译
中文摘要
随着微磁学的发展，计算量日益增加。为了进行更加准确的模拟，并且提高
计算速度，能否使用擅长并行计算的图形处理单元(GPU, Graphics Processing Unit)
代替传统的 CPU 进行计算，是一个很有研究价值的问题。
本文选择了两个不同的微磁学问题，分别测试和比较了 GPU 计算和传统的
CPU 计算处理这两个模型的速度。第一类问题是计算占用内存比较大的，即使用
有限差分-快速傅里叶变换(FDM-FFT)方法计算微磁学的标准问题。该问题可以测
试 GPU 计算的内存极限以及在比较大的内存占用率、同时使用 FFT 情形下 GPU
的加速率。第二类问题是交换耦合复合介质的双颗粒模型，这个模型占用内存极
小，只涉及到两个颗粒，因此不使用 FFT，但是涉及数量巨大的输入参数组合。
最后，根据对上述两大类问题的计算结果，总结和对比了 GPU 和 CPU 在微
磁学计算中的优势以及存在的问题，并对得到的微磁学结果进行了讨论。
关键词：GPU；FFT；微磁学；标准问题；交换耦合复合介质
目录
第 1 章 绪论. 1
1.1 微磁学发展史及计算方法简介.... 1
微磁学发展史..... 1
朗道-栗夫希茨-吉尔伯特方程 .. 1
微磁学计算方法. 3
1.2 GPU 计算简介....... 3
GPU 简介.... 3
CUDA 简介 4
第 2 章
本文的研究思路.... 4
GPU 并行计算及优化 5
2.1 GPU 结构及并行计算原理简介... 5
硬件结构..... 5
线程结构..... 8
Kernel 函数 . 8
Kernel 函数的编译与优化准则 .... 9
局限性和编译准则..... 9
优化准则..... 9
微磁学模型中 Kernel 函数的调用范例 .. 10
2.3 CUFFT 简介 13
朗道-栗夫希茨方程的算法及其优化 13
龙格-库塔方法 . 13
亚当斯方法....... 14
程序改写：从 f90 到 GPU . 15
微磁学标准问题模型....... 15
ECC 介质双颗粒模型 ...... 15
第 3 章
微磁学标准问题的研究... 17
微磁学标准问题背景简介.. 17
程序简介与计算速度.. 17
程序结构与子程序... 17
程序功能开关... 20
计算速度及分析:GPU 加速..... 21
计算速度及分析:算法加速...... 23
微磁学标准问题 1....... 25
参数与要求....... 25
磁滞回线与磁畴结构....... 26
微磁学标准问题 2....... 28
参数与要求....... 28
剩磁与矫顽力变化... 29
微磁学标准问题 3....... 30
参数与要求....... 30
单畴与多畴的相变界限... 31
单畴与多畴相变点计算的稳定性... 35
初始分布的随机性对单畴-多畴相变点的影响 ..... 36
第 4 章 交换耦合复合介质的双颗粒模型的研究....... 39
4.1 ECC 介质的双颗粒模型背景简介 ..... 39
ECC 介质模型的背景 ...... 39
主要参数与取值范围....... 40
程序简介与计算速度.. 41
程序结构与子程序... 41
程序功能... 41
计算速度及分析....... 42
反转特性的研究.. 43
V2/V1 对反转特性的影响 43
4.3.2 He 对反转特性的影响 ..... 45
阻尼常数 Alpha 对反转特性的影响 ....... 46
Hk2/Hk1 对反转特性的影响 ...... 50
第 5 章 结论....... 52
关于微磁学标准问题的总结...... 52
关于 ECC 介质双颗粒模型的总结 .... 52
5.3 GPU 计算在微磁学领域应用的总结以及存在的问题..... 52
GPU 在含有 FFT 的微磁学程序中计算速度的总结 ..... 52
GPU 在不含有 FFT 的微磁学程序中计算速度的总结 . 53
插图索引....... 54
表格索引....... 56
参考文献....... 57
致谢....... 58
声明....... 59
附录 A 外文资料的调研阅读报告或书面翻译 ...... 60
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