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并行计算在电磁兼容中的应用 崔健、吕英华、王听玮、程胜 北京邮电大学继续教育学院科研室，北京邮电大学156信箱，北京100876 摘要 文章以一个典型的电磁兼容问题为例介绍了如何利用网络环境实现并行计算的尝试. 我们利用局域网的环境和标准的消息传递库(MPI)构成了一个简单的并行机，并利用它成功 地处理了文中的例题。文中采用的方法可以用来处理电磁兼容中的计算密集型问题。文章 最后介绍了并行计算的计算效率的有关因素。 关键词:并行计算、网络环境、标准的消息传递库、并行计算的计算效率、通信开销 并行计算是当今计算技术发展的潮流，主要的并行计算技术已经很成熟。今天的研究 集中在并行计算技术在各种计算科学中的应用方面.在电磁兼容设计和电磁兼容理论研究 中都涉及大量的计算电磁学求解问题。这些求解问愚要占用大且的计算机资源，需要很大 的内存空间、需要耗费大量的计算机时。由于单机的内存空间有限，加之计算时花费时间 无法忍受，计算方法己经成为影响计算电磁学方法在实际问题中应用的主要原因。并行计 算是解决上述问题的唯一方法，并行计算使的一些大规模的问题求解成为可能。 现代电磁兼容技术考虑的因素越来越多，相应的问题规模也将越来越大.为了更好的 进行电磁兼容设计，更加精细地模拟电磁环境，采用并行计算技术就显得十分必要。鉴于 这方面的工作在国内还未全面开展，本文将介绍并行计算的概念和基本技术。文中将以一 个典型的孔缝祸合问题为实例介绍如何在网络环境下实现并行计算在电磁兼容中的应用。 文章由三部分内容组成，第一部分将介绍并行计算的基本概念，然后对具体的物理问题进 行分折和并行化，最后给出并行与串行计算的比较。 一、并行计算的基本概念 并行处理技术是微电子。计算机硬件，软件，通信技术，网络技术的迅速发展和交叉 的产物。物理极限是计算技术并行化的直接原因。当芯片集成度高到一定程度时，电路的 特征尺度将接近原子的尺度，在这样的空间中量子效应、测不准原理将起作用.将使爽成 度达到极限，也就限制了芯片的处理能力的进一步增长。其次。速度极限是光速，因而单 机计算速度总要小于作为信息载体的电磁波的速度，单机计算速度不会无限增长存在速度 极限。今天，联网环境日益成熟，光纤的大且采用都为并行计算提供了必要的网络环境。 最后，价格因素也是并行计算技术发展的驱动力，在计算量和计算能力相同的条件下 一 台大型计算机的造价比并行计算机的造价要高一个数至级。此外，不断涌现的大规模计算 问题也刺激了并行技术的迅速发展，并且为井行技术的研究提供了很好的土壤。 根据 Fly- 的研究，计算机可以按照指令和数据流来分为四类:单指令流单数据流 (SISD),单指令流多数据流(SIMD)，多指令流多数据流(MIMD)，多指令流单数据流(MISD)a 真正的并行计算机是那些以MIMD模式执行程序的计算机。并行计算机有分为两大类。即 共享存储型多处理机和消息传递型多计算机。多处理机系统中的处理机通过共享存储器的 共享变量实现互相通信:多计算机系统的中的每个节点都有自己的存储器，各节点间的通 信用消息来传递.共享存储器类型的并行机都需要有专门的硬件来支持数据的共享，同步 等任务，而且这种机器的成本很高.Ms传递类型的并行机不71要有专门的a,件 可以用 76 PC机或工作站做为节点，用网络将各节点联接起来，形成一个虚拟并行机。这种类型的并 行机成本很低，而且和商业的系统接合较为紧密，使用也比较方便，因此目前这方面的研 究发展很快。 二、并行计算环境 建立并行计算环境的最为标准的方法是购置一台并行计算机，例如，清华大学安装了 一台SP2并行计算机可以实现多种并行计算方式。在不具备上述条件时可以利用局域网的 环境建立网络并行环境，其性能要比前者差一些但是要比单机运行强的多。建立网络并行 环境除了要有网络和计算机硬件环境以外，还需要有软件的支持。软件包括系统软件和计 算软件.系统软件可以采用JAVA[l]，也可以采用MPI和PVM，本文采用后者。计算软件 中的并行性是由程序的控制相关性及数据的相关性决定的。控制并行性可以使两个或更多 的操作同时完成。数据并行性指多个处理机对许多数据元素同时完成几乎是同