1、隨著超短激光脈沖技術(shù)的不斷發(fā)展，激光化學(xué)反應(yīng)的研究已經(jīng)深入到核運動的微觀世界。許多化學(xué)反應(yīng)實驗采用常規(guī)方法無法實現(xiàn)，但在超快激光脈沖的照射下能夠?qū)崿F(xiàn)。激光化學(xué)反應(yīng)模擬是利用計算機(jī)手段模擬分子在不同激光照射下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，計算機(jī)模擬能夠得到激光化學(xué)反應(yīng)全過程，研究瞬間反應(yīng)的具體細(xì)節(jié)，為實際化學(xué)反應(yīng)提供理論指導(dǎo)。目前應(yīng)用最為廣泛的激光化學(xué)反應(yīng)模擬方法是半經(jīng)典分子動力學(xué)方法，由于當(dāng)模擬規(guī)模增加時，其計算量迅速增大，因此，研究高效率并行算

2、法并應(yīng)用于半經(jīng)典動力學(xué)模擬具有重要意義。
　　本文全面系統(tǒng)地研究激光化學(xué)反應(yīng)模擬并行算法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一系列并行算法。
　　本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點如下：
　　1．本文基于半經(jīng)典分子動力學(xué)模型實現(xiàn)激光化學(xué)反應(yīng)模擬。該模型由Fortran語言實現(xiàn)，并在大型計算機(jī)上構(gòu)建模擬平臺。該平臺基于半經(jīng)典的計算機(jī)模擬激光化學(xué)反應(yīng)模型，能夠真實反映化學(xué)反應(yīng)的實際過程。通過實際的激光化學(xué)反應(yīng)的模擬測試，實驗結(jié)果證明該平臺能夠有效研究激

3、光脈沖性質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)的影響，為研究激光化學(xué)反應(yīng)提供了科學(xué)可靠方法。
　　2．本文提出了半經(jīng)典分子動力學(xué)特殊矩陣計算的優(yōu)化方法和并行計算方法。通過對半經(jīng)典分子動力學(xué)模擬計算的串行算法進(jìn)行了測試分析，尋求耗時最大的程序模塊，即大型特殊矩陣乘法計算?；谟嬎憔仃囂卣鲗μ厥饩仃嚦朔ㄟM(jìn)行優(yōu)化，大幅降低該模塊計算時間。采用Wingrad算法降低矩陣計算時間復(fù)雜度，并基于OpenMP實現(xiàn)矩陣乘的Winograd并行算法，有效提高計算效率。

4、>　　3．本文提出了一種半經(jīng)典分子動力學(xué)混合并行算法。在半經(jīng)典分子動力學(xué)模擬中引入混合并行技術(shù)和雙層并行算法設(shè)計?；?MPI+OpenMP混合模型和激光化學(xué)反應(yīng)計算特征，設(shè)計并實現(xiàn)激光化學(xué)反應(yīng)模擬雙層并行算法，上層并行采用動態(tài)原子分割算法，下層并行采用力矩陣并行分解算法。該算法在多核集群中能夠有效提高半經(jīng)典分子動力學(xué)并行計算效率。
　　4．基于反饋機(jī)制設(shè)計動態(tài)負(fù)載均衡算法，該算法通過負(fù)載信息反饋動態(tài)調(diào)整任務(wù)分配，并將該算法應(yīng)用與

5、半經(jīng)典分子動力學(xué)模擬中，在變化負(fù)載系統(tǒng)中，該算法具有較好的適應(yīng)性。為了進(jìn)一步適應(yīng)復(fù)雜的頻繁變化的負(fù)載系統(tǒng)，設(shè)計了可變周期反饋的負(fù)載均衡算法，根據(jù)實時負(fù)載調(diào)整反饋周期，從而增強算法的可適應(yīng)性，負(fù)載變化較多時能縮短反饋周期，負(fù)載穩(wěn)定時能延長周期，從而提高系統(tǒng)并行效率。針對半經(jīng)典分子動力學(xué)模擬計算特征，設(shè)計了周期時間預(yù)測算法和優(yōu)化原子分配方案，在多核集群中測試，采用隨機(jī)運行的干擾程序動態(tài)改變系統(tǒng)負(fù)載，在負(fù)載動態(tài)變化環(huán)境中，該負(fù)載均衡算法具有優(yōu)