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Brownian Dynamics Simulation by GPU

Primary LanguageCuda

やりたいこと

  1. 2次元の箱の中にたくさんの粒子を入れる。(箱は周期境界)
  2. 毎ステップ粒子間の相互作用の計算を行って、そこで得た力を元に粒子を少しずつ動かす。
  3. ある時間ごとの粒子座標を記録する。

仕様

クラス

このコードには現在Particles, Grid, Boxの3つのクラスがある。 Particlesは「粒子配置、速度分布の決定」「**エネルギーの解析」を担当する。※なお、相互作用に関連するものについてはGridへ移した。 Gridは「粒子間の関係性」に着目したクラスとした。従って「粒子が相互作用するペアの決定、相互作用力の決定」「位置エネルギーの解析」を担当する。 Boxは「ParticlesとBoxを結びつける」「時間発展させる」クラスとした。

Particles

particlesはN個のD次元ガラス粒子群を表現するクラスである。ホスト側、デバイス側それぞれに変数と関数がある。

ホスト側

  • float diam[N]: 半径群

  • double x[D*N]: 座標群

  • float v[D*N]: 速度群

  • void makeParticles(Particles* p): (デバイス側も含め)粒子群を作る

  • void killParticles(Particles* p):（デバイス側も含め)粒子群をFreeする。

  • void scatterParticles(Particles* p, double L): 粒子群を長さLの範囲に一様に散りばめる。

  • void removevg2D(Particles* p): 粒子群の平均速度を0にする

  • float K(Particles* particles): **エネルギーを解析する。

デバイス側

  • float diam_dev[]

  • float x_dev[]

  • flaot v_dev[]

  • curandState rndState_dev[DN]: ランダム力

  • float force_dev[D*N]: 外力(Gridによって計算される)

  • global void vEvo(float *v, double dt, float themalFuctor, float *force, curandState *state): この時点での粒子群の速度を更新する。

  • global xDvlp(double *x, double dt, double L, float *v): この時点での粒子群の座標を更新する。

Grid

箱をgridによって分割した一つの単位をcellと呼ぶ

ホスト側

  • double rc：cellの1辺の大きさ

  • uint M: gridの1辺に並ぶcellの数

  • uint EpM: cell1つあたりに入る粒子の数

  • uint updateFreq: gridの更新頻度

  • void makeGrid(Grid* grid, double L): Gridを作る。

  • void killGrid(Grid* grid): GridをFreeする。

  • void makeCellPattern2D(Grid* grid): refCell_devを決定する。

  • void setUpdateFreq(Grid*grid, double, dt, float *v): updateFreqを決定する。

  • void checkUpdate(Grid* grid, double dt, double *x, float *v): gridを更新するか調べる。

  • float U(Grid* grid, float *diam, double *x): 位置エネルギーを解析する。

デバイス側

  • uint* refCell_dev: blockが参照するcellの順序を記した数列

  • uint cell_dev[(M^D)*EpM]: cellの実体

  • float vmax_dev[2][]: 速度の最大値を求めるための配列

  • float getNU_dev[2][]: 位置エネルギーを得るための配列

  • global void updateGrid(Grid grid, uint* cell, double *x): gridを更新する。

  • global void ~int2D系: 相互作用力を決定する。

Box

  • uint id: 箱のID

  • double dt: 時間素子

  • double t: 時間

  • float T: 温度

  • float thermalFuctor: ランダム力のスケール

  • double L: 箱の1辺の長さ

  • Particles: p: 粒子群の実体

  • Grid g: gridの実体

  • std::ofstream positionFile: 粒子群の記録(log プロット)

  • std::ofstream animeFile: 粒子群の記録(線形)

  • inline void setdt_T(Box* box, double setdt, float setT): dt, T, thermalFuctorの決定

  • void prepareBox(Box* box): 箱を作る。

  • void killBox(Box* box): 箱をFreeする。

  • void prepareBox(Box* box): 箱に粒子を散りばめ、Gridを導入

  • void initBox(Box* box): 記録の前処理

  • inline void harmonicEvoBox(Box* box): 相互作用力にハーモニックポテンシャルを使って時間発展させる。

  • inline void tEvoBox(Box* box): 系を時間発展させる。

  • void equilibrateBox(Box* box, double teq): teqの時間をかけて系を平衡化させる。

  • void recBox(std::ofstream of, Box box): *ofにその時点での粒子群の情報を記録

  • void getData(Box* box): 系の時間発展を記録

  • void benchmark(Box* box, uint loop): loop回時間発展を回す。

最終更新日 12/Nov./2019