EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究

doi:10.16568/j.0254-6086.202001004

核聚变与等离子体物理 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (1): 23-27.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001004

EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究

智玉琴1, 2，黄耀1，符佳*1，陈颖1，王枫1，余青江1, 2，李颖颖1，吴振伟1，万宝年1，吕波1

(1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031；2. 中国科学技术大学，合肥 230026)

收稿日期:2018-09-10 修回日期:2019-07-07 出版日期:2020-04-15 发布日期:2020-04-20
作者简介:智玉琴(1991-)，女，山西忻州人，硕士研究生，从事MSE诊断算法加速工作。
基金资助:
国家磁约束核聚变能发展研究专项(2015GB103003)；国家自然科学基金(11605242，11805236)；中国科学院等离子体物理研究所基金(DSJJ-17-01)；中国科学院合肥大科学中心“高端用户培育基金”项目(2019HSC-UE011)；中国科学院合肥大科学中心重点研发项目(2017HSC-KPRD002)

Research on GPU parallel acceleration of digital harmonic analysis algorithm for motional Stark effect diagnostic on EAST

ZHI Yu-qin1, 2, HUANG Yao1, FU Jia1, CHEN Ying1, WANG Feng1, YU Qing-jiang1, 2, LI Ying-ying1, WU Zhen-wei1, WAN Bao-nian1, Lü Bo1

(1. Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031; 2. University of Science and Technology of China, Hefei 230026)

Received:2018-09-10 Revised:2019-07-07 Online:2020-04-15 Published:2020-04-20

摘要/Abstract

摘要：

在EAST装置单道运动斯塔克效应(MSE)诊断系统数据处理中，采用CPU(中央处理器)+GPU(图形处理器)异构化模型，实现了数字谐波分析(DHA)算法的并行化加速计算。由CPU完成数据的加载及简单的数学计算，由GPU实现DHA算法的傅里叶正、逆变换及滤波等并行化计算，与串行算法相比，获得了2000倍以上的加速，可以满足MSE诊断实验期间及时数据处理的要求。

关键词: EAST装置, 运动斯塔克效应(MSE)诊断, 图形处理器(GPU)计算, 并行化加速

Abstract:

The parallel acceleration of digital harmonic analysis (DHA) algorithm is realized by using the CPU and GPU isomerization model in the data processing for motional Stark effect (MSE) diagnostic system on EAST. This model makes full use of the advantage of GPU parallel computing to complete the calculation process of Fourier transform and other calculation process that has high calculation efficiency and powerful parallelism. The CPU performs logical operations such as data access and process control. Compared with the serial DHA algorithm, the parallel one achieves more than 2000 times acceleration, which can meet the requirements of timely data processing during MSE diagnostic experiments.

Key words: EAST, Motional Stark effect, GPU computing, Parallel acceleration

中图分类号:

O361.3

智玉琴1, 2，黄耀1，符佳*1，陈颖1，王枫1，余青江1, 2，李颖颖1，吴振伟1，万宝年1，吕波1. EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(1): 23-27.

ZHI Yu-qin1, 2, HUANG Yao1, FU Jia1, CHEN Ying1, WANG Feng1, YU Qing-jiang1, 2, LI Ying-ying1, WU Zhen-wei1, WAN Bao-nian1, Lü Bo1. Research on GPU parallel acceleration of digital harmonic analysis algorithm for motional Stark effect diagnostic on EAST[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2020, 40(1): 23-27.

参考文献

[1] Fu Jia, Lyu Bo, Liu Haiqing, et al. Development of signal analysis method for the motional stark effect diagnostic on EAST[J]. Plasma Science and Technology, 2017, 19(10): 5-8.

[2] 程润伟, 马克斯·格罗斯曼, 泰·麦克切尔. CUDA C编程权威指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2017: 6-11.

[3] 秦华, 周沫, 察豪, 等. 基于GPU加速的雷达信号处理并行技术[J]. 舰船科学技术, 2013, 35(7): 81-86.

[4] 狄少丞, 季顺迎. 海冰与自升式海洋平台相互作用离散元模拟[J]. 力学学报, 2014, 46(4): 81-91.

[5] 方留杨, 王密, 李德仁. CPU和GPU协同处理的光学卫星遥感影像正射校正方法[J]. 测绘学报, 2013, 42(5): 40-47.

[6] Zhao Y L, Liu S Q, Zhang Q C. 3D shape measurement accelerated by GPU[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(3): 222-228.

[7] 杨福家. 原子物理学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008. 4.

[8] 陈文锦. HL-2A 装置上动态斯塔克效应偏振仪研究[D]. 成都: 核工业西南物理研究院, 2015.

[9] Levinton F M, Gammel G M, Kaita R, et al. Magnetic field pitch angle diagnostic using the motional Stark effect (invited) [J]. Rev. Sci. Instrum., 1990, 61(10): 2914-2919.

[10] Wróblewski D, Lao L L. Polarimetry of motional Stark effect and determination of current profiles in DIII-D (invited)[J]. Rev. Sci. Instrum., 1992, 63(10): 5140 -5147.

[11] 陈文锦, 何小雪, 刘亮, 等. HL-2A 装置上动态斯塔克效应偏振仪研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2016, 36(2): 104-110.

[12] 周军. 光弹调制器应用的Mueller 矩阵分析[J]. 常熟高专学报, 2001, 15(4): 19-22.

[13] Frigo M, Johnson S G. FFTW for version 3.3.8[EB/OL]. http: //www. fftw. org/fftw3. pdf, 2018-8-2.

[1]	陈明, 沈飊, Shinichiro Kado, 陈大龙, 张恒, 郭笔豪, 黄耀, 蔡福瑞, 肖炳甲. EAST等离子体边界可见光成像系统研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(2): 222-228.
[2]	杨明, 张新军, 李新霞, 吕波, 古敬仁. EAST低杂波加热对同向切向中性束碰撞力矩影响的研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 92-97.
[3]	许棕, 黎嫘, 张凌, 程云鑫, 陈颖杰, 王守信, 周天富, 刘海庆. EAST装置氦等离子体用于极紫外光谱的绝对强度标定[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 336-341.
[4]	余青江, 吕波, 符佳, 陈俊, 陈东, 李义超, 张洪明, 李颖颖, 王福地, 叶民友. EAST多道运动斯塔克效应诊断光谱分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(2): 244-249.
[5]	王云飞, 刘海庆, 揭银先. EAST偏振干涉仪电子密度跳变修正程序的开发[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(1): 84-90.
[6]	程云鑫1, 2，张凌*1，吴振伟1，许棕3, 4，杨秀达1, 2，黎嫘1, 2. EAST极紫外空间分辨光谱分析软件的开发[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 262-267.
[7]	胡乐星，杨庆喜，宋伟，宋云涛，左桂忠，胡建生. EAST液态锂限制器分配盒参数对锂流动性影响[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(4): 429-435.
[8]	宋德勇1, 2, 高格1,傅鹏1, 盛志才1. EAST装置RMP线圈电源的优化设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(2): 199-203.
[9]	徐烈志1，姚达毛*1，周自波1，曹磊1，余耀伟1，杜亮2，EAST团队1. EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(2): 215-219.
[10]	吴则革1，杨永1，齐团结2，刘亮1，王茂1，王萍1，杨飞1. EAST 6MW/4.6GHz 低杂波系统天线温度测量设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2016, 36(3): 231-236.
[11]	李颖颖1，尹相辉2，张镱2，冯双圆2，符佳1，吕波1. EAST 装置上ERD 光谱诊断系统设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2015, 35(4): 302-307.
[12]	王兆亮, 刘旭峰, 刘常乐, 汪献伟. EAST快速控制线圈的设计分析与安装[J]. 核聚变与等离子体物理, 2014, 34(2): 147-151.
[13]	陈魏，刘素梅，孔晓玲，倪小军，王忠伟. EAST装置外杜瓦抗震性能的计算分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2014, 34(1): 69-74.
[14]	王海欣，汪凤凤，黄海宏，吴义兵. EAST等离子体垂直不稳定位移主动反馈控制[J]. 核聚变与等离子体物理, 2013, 33(4): 342-347.
[15]	张磊，丁伯江，吴则革，马文东，刘亮，朱文华，刘甫坤，单家方. EAST上基于端口密度测量的低杂波耦合研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2013, 33(3): 251-256.

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