C++语言版的CUDA加速的FDTD

FDTD（时域有限差分）是一种计算电磁波传播的数值方法，可以用于模拟雷达、天线、微波等领域中的电磁波传播问题。CUDA是英伟达公司开发的一种并行计算平台，可以利用GPU的并行计算能力加速计算。

以下是一个简单的C语言版的CUDA加速的FDTD示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <cuda.h>

#define BLOCK_SIZE 16

__global__ void fdtd_kernel(float *E, float *H, int nx, int ny, int nt)
{
    int i, j, t;
    int idx = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
    int idy = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y;

    for (t = 0; t < nt; t++) {
        for (i = 1; i < nx-1; i++) {
            for (j = 1; j < ny-1; j++) {
                int index = i * ny + j;

                // update electric field
                E[index] += 0.5 * (H[index+1] - H[index-1]);

                // update magnetic field
                H[index] += 0.5 * (E[index+ny] - E[index-ny]);
            }
        }
    }
}

int main()
{
    int nx = 1024, ny = 1024, nt = 1000;
    size_t size = nx * ny * sizeof(float);

    float *E, *H;
    cudaMallocManaged(&E, size);
    cudaMallocManaged(&H, size);

    dim3 block_size(BLOCK_SIZE, BLOCK_SIZE);
    dim3 grid_size((nx + BLOCK_SIZE - 1) / BLOCK_SIZE, (ny + BLOCK_SIZE - 1) / BLOCK_SIZE);

    fdtd_kernel<<<grid_size, block_size>>>(E, H, nx, ny, nt);
    cudaDeviceSynchronize();

    cudaFree(E);
    cudaFree(H);

    return 0;
}

该代码中，通过`cudaMallocManaged`函数分配了两个大小为`nx * ny`的浮点数数组`E`和`H`，并将它们分别用作电场和磁场。然后，定义了一个二维CUDA网格和块，用于并行化计算。在`fdtd_kernel`函数中，每个线程都负责计算一个电磁场点的更新。最后在主函数中调用`fdtd_kernel`函数，并在计算完成后使用`cudaFree`函数释放内存。

需要注意的是，在实际的应用中，FDTD模拟可能需要更复杂的场景和更多的计算量，需要仔细设计并行算法以充分利用GPU的计算能力。