11、计算电磁学中域分解方法的网格基础设施

计算电磁学中域分解方法的网格基础设施

1. 引言

计算电磁学（CEM）致力于精确高效地求解麦克斯韦方程组。该方程组支配着众多领域的宏观现象，如电子、地球物理、医疗和生物医学技术、虚拟电磁原型设计，以及传统的天线和传播应用等。随着技术发展，新的复杂任务不断涌现，对麦克斯韦方程组的求解需求也日益增长。

一些应用需要模拟电磁行为，如天线问题中的输入阻抗和辐射方向图，或散射应用中的雷达截面。而对于高精度要求的问题，则需采用全波分析技术，如虚拟原型设计，以减少测量次数和成本。此外，直接模拟CAD模型分析完整结构虽能保留细节，但会带来高计算量和线性系统谱特性恶化的问题。因此，寻找合适的信息技术来简化求解过程和加快计算速度至关重要。

网格计算技术在高性能计算环境中表现出色，通过将大量节点连接并并行工作，能有效处理大规模数据和资源共享问题。为利用其优势，需将原始电磁任务分解为多个子问题，域分解（DD）技术正能满足这一需求。本文将介绍一种网格计算基础设施，该架构可将任务分配到网格节点并行执行，节点包括物理机和虚拟机，具有高度灵活性和强大计算能力。

2. 动机

将原始问题分解为多个子问题的方案非常适合并行化处理，因为子问题（以下称为块）相互独立，块的处理本质上是可并行的操作。例如，将一架战斗机划分为4个不同颜色的块，这4个块可由4个不同进程并行处理，以生成描述每个块的基函数。

并行化可通过并行编程或网格计算两种技术实现。并行编程在该领域取得了较好成果，但存在一些障碍，如需要使用MPI和OpenMP等并行编程API修改算法，且需要配备数千个核心和数千GB RAM的超级计算机，这些机器通常由特定机构拥有，不便于公众访问。