Динамическая оптимизация ансамбля макрочастиц в суперкомпьютерном моделировании лазерной плазмы

Объектом исследования является схема численного моделирования лазерной плазмы, основанная на применении метода частиц в ячейках. Цель первого этапа работы – разработка семейства алгоритмов для прореживания ансамбля макрочастиц, исследование свойств разработанных алгоритмов, выявление аспектов применения алгоритмов, выработка методик количественного определения степени проявления численных артефактов и других негативных последствий применения разработанных алгоритмов. Также проект предполагает разработку и реализацию схем повышения эффективности моделирования на суперкомпьютерах. Основным результатом первого этапа НИР является программная реализация методов динамической оптимизации ансамбля макрочастиц. Разработана методика оценки применимости методов и вносимых ими погрешностей. С использованием данной методики проведен сравнительный анализ методов, выявлены ограничения по их использованию. При выполнении проекта предложена, описана и реализована новая схема балансировки вычислительной нагрузки при численном моделировании лазерной плазмы в условиях наличия сверхсильных полей. Проведено исследование возможностей новой схемы и показано ее превосходство по сравнению с другими схемами. Достигнуто существенное ускорение расчетов в результате применения новой аппроксимации синхротронных функций и ее векторизованной реализации. Разработан новый параллельный псевдоспектральный решатель уравнений Максвелла, обладающий рядом преимуществ в сравнении с конечно-разностными методами. При выполнении НИР использовались методы вычислительной физики, вычислительной математики, высокопроизводительных вычислений и параллельного программирования. Результаты и выводы, приведенные в данном отчете, могут быть использованы при выполнении НИР и НИОКР, связанных с численным моделированием в задачах лазерной физики с учетом эффектов квантовой электродинамики.