96、外延表面生长与数值树代码并行化的数据依赖分析

外延表面生长与数值树代码并行化的数据依赖分析

1. 外延表面生长模拟

在模拟原子扩散过程中的原子相互作用时，我们面临着诸多挑战和需要解决的问题。为了实现这一模拟，我们采用了多种策略和数据结构。

1.1 并行化策略

• 域分解方法 ：存在多种域分解方法，其中包括复制策略。在复制策略中，所有从进程都从主进程复制图像，主进程和从进程共享表示表面的数据结构。这样，从进程在计算原子的结合能时无需了解集群中其他节点的计算结果。然而，该策略的主要缺点是所有从进程都需要在其内存中存储表面图像。
• 队列结构的使用 ：为了模拟原子相互作用，我们使用了队列结构。队列结构由主进程管理的双数据数组组成，每个队列项包含两个数据结构，每个结构包含两个坐标来标识图像中一个原子的位置，这两个点表示原子在扩散过程中的移动。此外，队列结构还包含一个计数器，用于调整每个进程的任务，使我们无需考虑集群中每个节点的处理速度。

1.2 随机数生成测试

为了证明蒙特卡罗方法在随机数生成方面是完全解耦的，我们使用SPRNG库进行了多次随机数生成测试。结果表明，使用该库和不使用该库之间没有可测量的差异，主要差异在于执行时间。因此，我们选择了计算成本较低的简单随机数生成算法。

1.3 结果分析

• 解决方案选择 ：通过分析域分解的结果，我们选择了纯复制解决方案，因为从优化和处理速度的角度来看，它最适合原子相互作用问题，并且可以最小化主进程和从进程之间的通信。
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