CPC2019决赛赛题正式发布

浏览次数：5673 发布时间：2019-07-04-10:07:30

宇宙天体物理数值模拟

程序介绍：

本次比赛的题目改编自photoNs-2.0，它是国家天文台开发的一款宇宙N体数值模拟的软件，用于解决空间大尺度结构的形成演化，进而帮助研究包括宇宙物质分布、星系形成以及暗物质和暗能量等最本质问题的本质，在神威超算平台上的移植和应用具有重要的意义。

在一个模拟的粒子动力学系统中，每个粒子在物理力(如引力)的影响下与所有其他粒子相互作用。对于每个粒子，需要进行O(N)个操作，计算总复杂度为O(N² )，其中N为系统中粒子总数。我们称之为N体问题。

本软件使用的算法为PM和FMM相结合的方式。我们采用PM算法用于远程引力计算，FMM算法用于短程引力计算。

粒子网格算法PM（Particle Meshmethod）的主要思想是在盒子上创建网格，每个网格单元有一个网格点，求解网格点处的势，然后通过计算势的梯度得到每个网格单元处的力。

在快速多极子方法FMM中，我们将粒子组织成K-D 树，树的叶子是一个粒子包。树的每个节点存储2个多极矩M和L，将粒子间的力转化为多极矩之间的相互作用。其中计算引力的运算符有6个:P2M、M2M、M2L、L2L、L2P和P2P。其中M2L和P2P是计算的热点部分。

PM+FMM算法示意图

代码架构

photoNs2-cpc目录下共提供5个文件夹及1个文件，decomp_fft， inc，obj， run，src及Makefile。其中decomp_fft内包含fft库及头文件，inc内包含编译所需头文件，obj内包含编译后目标文件，run内包含输入文件及运行脚本，src内包含源码文件，源码文件及各文件功能如下：

photoNs.c:主函数

domains.c:进程调度

snapshot.c:格式输入与输出

initial.c:参数读入与初始化

utility.c:申请空间等辅助函数

conv.f90：调用2dcomp库接口

partmesh.c：网格划分

toptree.c:顶层树建立

operator.c:算符任务划分以及部分算符计算函数

fmm.c:单进程k-d树建立任务划分与算符计算

kernels.c:P2P算符计算函数

remotes_task.c:与其他进程进行引力的计算

程序说明：

源码及文件:

源码：/home/export/online1/cpc/photoNs2-cpc.tar.gz

参赛队拷贝到自己目录后解压缩：tar -xvzf photoNs2-cpc.tar.gz

编译说明:

目前采用Makefile编译，参赛者在photoNs2-cpc目录下运行make即可编译。编译完成后在photoNs2-cpc/run目录下生成可执行文件photoNs-lcdm

运行

目前提供3个运行脚本：photoNs2-cpc/run/sub512.sh，photoNs2-cpc/run/sub64.sh及photoNs2-cpc/run/sub8.sh。其中sub512.sh采用512进程运行模拟，输入文件为lcdm512.run；sub64.sh采用64进程模拟，输入文件为lcdm64.run，sub8.sh采用8进程进行模拟，输入文件为lcdm8.run。提交示例如下：

./sub8.sh 或sh sub8.sh。

目前运行脚本中采用后台提交书写，参赛者可自行调整。