大规模并行时域有限差分法网格自动剖分技术

"本文介绍了一种并行时域有限差分法网格自动剖分技术，旨在简化复杂的几何模型离散过程，适用于大规模计算。该技术基于三角面元计算机辅助设计模型文件，能自动生成包含多种介质的三维实体网格，且在并行执行时数据交换少，效率高达99%。通过实例验证，该方法的准确性和高效性得到了证明，特别是在处理大型复杂问题如计算机机箱的电磁耦合效应上。" 并行时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）是一种广泛用于电磁场分析的数值计算方法，它通过在时间域内对麦克斯韦方程进行离散化，逐步求解电磁场随时间的变化。然而，这种方法的实施通常需要将连续的物理空间离散为网格，这个过程被称为网格剖分。传统的网格剖分过程需要大量的人工干预，耗时且容易出错。 陈伶璐等人提出了一种新的并行网格自动剖分技术，该技术显著提高了这一过程的效率。该技术接受三角面元计算机辅助设计（CAD）模型文件作为输入，能够自动处理包含不同介质的复杂三维模型，减少了人工干预的需求。关键在于，此方法在并行计算中减少了不必要的数据交换，这极大地提升了并行效率，达到99%，这意味着计算资源被充分利用，降低了通信开销。 为了验证这种方法的准确性，研究者使用时域有限差分法计算了一个包含微带板的简单计算机机箱的耦合效应，结果与商业电磁仿真软件一致，这证明了自动剖分技术的精确性。此外，他们还在250个处理器核心上并行处理了一个约6亿网格规模的真实计算机机箱模型，仅用了0.2秒，这充分展示了该方法的高效性，对于解决大规模并行FDTD计算中的几何建模问题具有重要意义。 该技术的贡献在于为电磁仿真领域提供了一种快速、准确的网格剖分工具，尤其对于需要处理大量数据和复杂结构的问题，如电子设备的电磁兼容性分析、天线设计、无线通信系统等，都能大大提高计算效率和精度。通过并行计算和优化的数据交换策略，该技术有望进一步推动电磁仿真领域的计算能力，为科研和工业应用提供强大支持。