The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Construction of a CPU Cluster and Implementation of a 3-D Domain Decomposition Parallel FDTD Algorithm

CPU 클러스터 구축 및 3차원 공간분할 병렬 FDTD 알고리즘 구현

  • Received : 2013.12.06
  • Accepted : 2014.03.05
  • Published : 2014.03.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this work, we construct a CPU cluster to implement a parallel finite-difference time domain(FDTD) algorithm for fast electromagnetic analyses. This parallel FDTD algorithm can reduce the computational time significantly and also analyze electrically larger structures, compared to a single FDTD counterpart. The parallel FDTD algorithm needs communication between neighboring processors, which is performed by the MPI(Message Passing Interface) library and a 3-D domain decomposition is employed to decrease the communication time between neighboring processors. Compared to a single-processor FDTD, the speed up factor of a-CPU-cluster-based parallel FDTD algorithm is investigated for the normal mode and the hypermode and finally analyze an electrically large concrete structure by the developed parallel algorithm.

본 연구에서는 빠르게 전자파 해석을 수행할 수 있는 병렬 유한차분 시간영역(Finite-Difference Time-Domain: FDTD) 알고리즘을 구현하기 위하여 CPU 클러스터를 구축하였다. 병렬 FDTD 알고리즘은 단일 프로세서를 이용한 FDTD 알고리즘에 비해 해석 시간을 크게 줄일 수 있으며, 전기적으로 매우 큰 구조물에 대한 전자파 해석도 가능하다. 본 연구팀에서는 CPU 클러스터 기반의 병렬 FDTD 알고리즘에서 요구되는 프로세스 간의 통신을 위해 MPI(Message Passing Interface) 라이브러리를 이용하였으며, 3차원 공간분할을 적용하여 프로세스 간의 통신 시간을 최소화하였다. 단일 프로세서를 이용한 FDTD 알고리즘 대비 CPU 클러스터 기반의 병렬 FDTD 알고리즘의 계산속도 향상도를 기본 모드와 하이퍼 모드에서 분석하였으며, 전기적으로 매우 큰 콘크리트 구조물의 전자파 해석을 하였다.

Keywords

References

  1. A. Taflove, S. C, Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 3rd ed., Artech House, 2005.
  2. K. -Y. Jung, F. L. Teixeira, and R. M. Reano, "$Au/SiO_2$ nanoring plamon waveguides at optical communication band", J. Lightw. Technol., vol. 25, no. 9, pp. 2757-2765, Sep. 2007. https://doi.org/10.1109/JLT.2007.902100
  3. 하상규, 조제훈, 김형동, 최재훈, 정경영, "정확하고 효율적인 인체 FDTD 분산 모델링", 한국전자파학회논문지, 23(1), pp. 108-114, 2012년 1월.
  4. 주정명, 홍진영, 신상진, 김동현, 오이석, "콘크리트 벽의 비파괴검사를 위한 초광대역 레이더의 2차원 FDTD 시뮬레이션에서 안테나 모델링의 영향", 한국전자파학회논문지, 24(1), pp. 98-105, 2013년 1월.
  5. 현승엽, "동축 프로브 급전구조에 대한 FDTD 전원 모델들의 상호 관계에 관한 비교 연구", 한국전자파학회논문지, 25(1), pp. 114-122, 2014년 1월.
  6. C. Guiffaut, K. K. Mahdjoubi, "A parallel FDTD algorithm using the MPI library", IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 43, no. 2, pp. 94-103, Apr. 2001. https://doi.org/10.1109/74.924608
  7. J. Wang, O. Fujiwara, S. Watanabe, and Y. Yamanaka, "Computation with a parallel FDTD system of humanbody effect on electromagnetic absorption for portable telephones", IEEE Trans. Microw. Theoy Technol., vol. 52, no. 1, pp. 53-58, Apr. 2004. https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.821232
  8. Y. Zhao, Y. Hao, "Full-wave parallel disperisve finite-difference time-domain modeling of three-dimensional electromagnetic cloaking structures", J. Comput. Phys., vol. 228, pp. 7300-7312, Jun. 2009. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2009.06.026
  9. MPICH (MPI Chameleon), Argonne National Laboratory: http://www.mcs.anl.gov/
  10. 이홍석, 김정한, 이승우, 이석, "MPI 병렬 프로그래밍", 어드북스, 2010.