Wielowątkowe algorytmy FDTD do przyspieszania analizy układów mikrofalowych

• Autorzy: Rudnicki J. , Sypniewski M. , Celuch-Marcysiak M. , Gwarek W. , Więckowski A.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zostały przedstawione algorytmy wielowatkoweFDTD do przyspieszania analizy układów mikrofalowych na wieloprocesorowych komputerach SMP. Dwuwątkowe algorytmy (start-end2 i switch2) oraz trójwatkowe algorytmy (start-end3 i switch3) oparte sa na równoległym obliczaniu trzech składowych pól (magnetycznego lub elektrycznego). Wielowątkowy algorytm subc polega na przestrzennym podziale analizowanego obwodu na podobwody, z których każdy jest analizowany na oddzielnym procesorze. Przedstawione są także pomiary szybkości działania każdego z algorytmów, przeprowadzone na komputerze 2-procesorowym i 4-procesorowym.

EN

Multithread FDTD algorithms have been developed and their applicability to the faster analysis of microwave engineering problems is demonstrated in this work. Two-thread algorithms (start-end2 and switch2) and three-thread algorithms (start-end3 and switch3)perform parallel updating of three orthogonal field components. The originality of the approach resides in assigning threads to parallel calculations of the different electromagnetic field components. Multihread algorithm subc is based on low-order spatial decomposition and subcircuit calculations on separate processors. The algorithms presented here are designed for the increasingly popular SMP personal computers. The algorithms have been teted on 2- and 4-processor PC computers and the computational results are also presented.

Słowa kluczowe

PL

układy mikrofalowe; procesory

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2001
• Tom: z. 129
• Strony: 51--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., wykr., schem.

Twórcy

autor

Rudnicki J.

• Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej

autor

Sypniewski M.

• Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej

autor

Celuch-Marcysiak M.

• Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej

autor

Gwarek W.

• Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej

autor

Więckowski A.

• Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• 1. Yee K.S.: Numerical solution of initial boundary value problem involving Maxwell’s equation in isotropic media. IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-14, pp. 302-307, May 1966.
• 2. Joseph R.M., Taflove A.: spatial solution deflection mechanism indicated by FDTD Maxwell’s equations modelling. IEEE Photonics. Lett., vol. 6, no 10, October 1994.
• 3. Ziolkoswki R.W., Judkins J.B.: application of the nonlinear finite difference time domain (NL-FDTD) method to pulse propagation in nonlinear media: Self-focusing and linear interfaces. Radio Sci., vol. 28, pp. 901-911, 1993.
• 4. Chen H.Y., Wang H.H.: Current and SAR induced in a human head model by the electromagnetic fields irradiated from a cellular phone. IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 42, No 12, pp. 2249-2254, 1994.
• 5. Maloney J.G., Cummings K.E.: Adaptation of FDTC techniques to acoustic modelling. Proceedings of Applied Computational Electromagnetics at the Naval Postgraduate School, Monterey, CA, 1995, pp. 724-731.
• 6. Morawski T., Gwarek W.: Pola i fale elektromagnetyczne. Rozdz. 11, str. 245-260, WNT, Warszawa 1998.
• 7. Gwarek W.K.: Analysis of an arbitrarily-shaped planar circuit – a time-domain approach. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 33, No 10, Oct. 1985, pp. 1067-1072.
• 8. Goodwin G.C., Sin K.S.: Adaptive filtering prediction and control. Englewood Cliffs, New York: Prentice-Hall. New York 1984.
• 9. Strobach P.: Linear prediction theory: a mathematical basis for adaptive systems. Springer Verlag, Berlin 1990.
• 10. Kumpel W., Wolff I.: Digital signal processing of time domain field simulation results using the system identification method. IEEE MTT-S Digest, June 1992.
• 11. Houshmand B., Itoh T.: Parameters estimation for characterization of microwave structures. Presented at the National Radio Science Meeting, Jan. 5-8 1993.
• 12. Dongerra J.J., Geist G.A., Manchek R., Sunderam V.S.: Integrated PVM framework supports heterogeneous network computing. Computer in Physics, April 1993.
• 13. Cap C.H., Strumpen V.: Efficient parallel computing in distributed workstation environments. Parallel Computing, vol. 19, pp. 1221-1234, 1993.
• 14. Gedney S.: Finite-difference time-domain analysis of microwave devices on high performance vector/parallel computers. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 43, pp. 2510-2514, October 1995.
• 15. Gedney S.D., Barnard S.: Efficient FD-TD algorithms for vector and multiprocessor computers. In Computational Electrodynamics, the Finite-Difference Timw-Domain Method, A. Taflove, ed. Boston, MA: A Artech House, 1995.
• 16. Taflove A.: The Finite-Difference Time-Domain Method. Chapter 16, Artech House, London 1995.
• 17. Pala W.P., Taflove A.,Piket M.J., Joseph R.M.: Parallel finite difference – time domain calculations. IEEE Intl. Conf. ’Computation in Electromagnetics’, London 1991, pp. 83-85.
• 18. Effing U., Kumple W., Wolf I.: Parallel FDTD simulator for MMID Computers. International Journal of Numerical Modeling: Electronic Networks, Devices and Fields, vol. 8, pp. 277-281, May-August 1995.
• 19. Berenger J.P.: Perfectly matech layer for FDTD solution of wave-structure interaction problems. IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 44, pp. 110-117, Jan. 1996.
• 20. Engquist B., Majda A.: Absorbing boundary conditions for numerical simulation of waves. Mayh. Comput., vol. 31, pp. 629-651, 1997.
• 21. Mur G.: Absorbing boundary conditions for finite-difference approximation of the time-domain electromagnetic field equations. IEEE Trans. Electromagnetic Compat., vol. EMC-23, pp. 337-382, Nov. 1981.
• 22. Huang T.W., Houshmand B., Itoh T.: The implementation of time-domain diakoptics in the FDTD method. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 42, No 11, Nov. 1994.
• 23. Huang T.W., Houshmand B., Itoh T.: Application of system identification technique to FDTD and FDRD Diakoptics method. 23rd European Microwave Conf. Proc., Sept. 1993.
• 24. Huang T.W., Houshmand B., Itoh T.: Fast sequential FDTD diakopitcs method using the system identification technique. IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 3, No 10, pp. 378-380, Oct. 1993.
• 25. Ko W.K., Mitra R.: A Combination of FD-TD and Prony’s methods for analysing microwave integrated circuits. Microwave Theory Tech., vol. 39, No 12, pp. 2176-2181, Dec. 1991.
• 26. Van Blaricum M.L., Mitra R.: Problems and solutions associated with Prony’s method for processing transient data. IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-26, pp. 174-182, Jan. 1978.
• 27. Gabasii M., Dupouy B.: Przetwarzanie rozproszone w systemie UNIX. Wydawnictwo LUPUS Warszawa 1996.
• 28. Noworyta W.: Wielowątkowość w systemie UNIX. „UNIX Forum” 5(25) październik/listopad 1996.
• 29. „Threads.h++ 1.2 User’s Guide”, Rogue Wave Inc., 1998.
• 30. „Thread Analyzer User’s Guide”, Sun Microsystem Inc., August 1994.
• 31. Sypniewski M., Celuch-Marcysiak M., Rudnicki J., Gwarek W., Więckowski A.: Multithread FDTD schemes for faster microwave circuit analysis on SMP personal computers. 22nd National Conference on Circuit Theory and Electronic Networks, Stare Jablonski, Oct. 1999, pp. 535-540.
• 32. Sypniewski M., Celuch-Marcysiak M., Rudnicki J., Gwarek W., Więckowski A.: Faster analysis of microwave engineering problems with multithread FDTD multiprocessor PCs. 13th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Poland, Wrocław, May 2000, pp. 275-278.
• 33. Sypniewski M., Celuch-Marcysiak M., Rudnicki J.: Investigation of multithread FDTD schemes for faster analysis on multiprocessor PCs. 2000 APS International Symposium USNC/URSI National Radio Science Meeting, 16-21 July 2000, Salt Lakie City, Utah, USA.
• 34. Rudnicki J.: Wielowątkowe algorytmy FDTD do przyspieszenia analizy układów mikrofalowych. Praca dyplomowa magisterska pod kierownictwem prof. W. Gwarka, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Politechnika Warszawska, Warszawa 2000.
• 35. „QuickWave-3D software Manual. Version 1.8, QWED, Poland, 1999.
• 36. http://www.borland.com
• 37. http://www.roguewave.com
• 38. http://www.omg.org
• 39. http://www.microsoft.com
• 40. http://www.whatis.com