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Hybrid PSTD-FDTD method for Parallel computing system


Abstract
FDTD 알고리즘은 Maxwell equation 의 numerical solution 을 구하는데 널리 쓰이는 알고리즘이다. 1960년 대에 처음 Kane. Yee 에 의해 처음 제안되어 쉬운 원리, 실험 결과와 일치하는 높은 안정성 등의 여러 장점 덕에 현재 여러 상용 소프트웨어에 쓰이고 있는 time-domain solver 이다. 그러나 알고리즘의 특성상 메모리 사용량이 매우 많아 병렬화가 필요한 대규모 3D 시뮬레이션을 진행할 경우 계산 속도가 매우 느리다는 단점이 있다. 한편 또다른 time-domain solver 로 PSTD 알고리즘이 있다. PSTD 는 FDTD 에 비해 훨씬 빠르고 메모리의 사용량도 적지만, 병렬화가 불가능하여 대규모 3D 시뮬레이션에는 적합하지 않다. 이에 본 연구진은 두 알고리즘을 통합하여, 병렬화가 가능하면서 기존의 FDTD 보다 빠르고 메모리 사용량도 적은 parallel Hybrid PSTD-FDTD 알고리즘에 대한 연구를 진행 중이다.

Relevant Paper

  • Lee, D., Kim, T., & Park, Q. H. (2020). Performance analysis of parallelized PSTD-FDTD method for large-scale electromagnetic simulation. Computer Physics Communications, 107631.
  • Kim, K. H., Kim, K., & Park, Q. H. (2011). Performance analysis and optimization of three-dimensional FDTD on GPU using roofline model. Computer Physics Communications, 182(6), 1201-1207.
  • Kim, K. H., & Park, Q. H. (2012). Overlapping computation and communication of three-dimensional FDTD on a GPU cluster. Computer Physics Communications, 183(11), 2364-2369.
  • Seok, M. S., Lee, M. G., Yoo, S., & Park, Q. H. (2015). Electromagnetic metamaterial simulations using a GPU-accelerated FDTD method. Journal of the Korean Physical Society, 67(12), 2026-2032.
  • Seok, M. S., Yoo, S., Choe, J. H., Park, Q. H., & Moon, Y. T. (2016). Light extraction efficiency enhancement using surface-structured light-emitting diodes with a subwavelength coating. Journal of the Korean Physical Society, 68(3), 462-466.