[研究筆記] Meetong前，CUDA與平行運算準備

此刻，我正興奮不已。

距離 9/13 (五) Meeting 還有兩天，進度嚴重落後，但我卻無心準備 Meeting 的文件工作，乃至實驗室的藥品與財產清點都懶得處裡。


拜老師所賜，這幾天卯足全進加速研究準備工作，但得知套軟 Material Explorer 似乎無法滿足我們模擬工作需求；最壞打算是自己寫程式，因此重新搜尋加速 Matlab 或 C++ 的手段。


Matlab 的部分，由於最簡便最有效也最有希望的選項就是 CUDA，用顯示卡平行化運算資料，提升數十乃至數百倍的效能。

Matlab 雖有提供套件，但須購買，不貴，但堪用性尚待商榷；Matlab 也內建有少數 GPU 運算所需函式，可惜顯卡支援性太低，已經考慮另外採買；另一選項是 GPUmat，開源免費的 CUDA 函式庫，只是無法順利使用，推測仍為顯卡支援性的問題。

另外 C++ 的部分，CUDA 的撰寫十分麻煩，若要另外學的話只怕心有餘而時間不足；目前考慮的選項是 CPU 平行運算，效能的提升大約是8倍(8個執行序)；Matlab 原本便有 CPU 平行運算的能力，但 C++ 無，得自行撰寫，不難，只是需要練習。


考慮到 C++ 本身執行速度較 Matlab 快，但是 CUDA 卻又比平行處理快，因此兩個選項可說是個有優缺。孰優孰劣，我迫切地想知道，無奈解決顯卡問題之前，Matlab 無從測試。

但一想到原本需計算數天的模擬工作，只需數小時，甚至幾十分鐘便可完成，我便興奮難耐。究竟實驗室這部電腦的極限在哪裡？抑或我的 CUDA 夢只是笑話一場？

我預計 Meeting 結束後準備一份運算測試，內容包括一個很大的隨機矩陣，先自己進行元素線性處理，再套入exp(-x)的運算，模仿分子模擬的運算過程，目的是測試 C++ 與 Matlab 加速前與後的效能差異，決定使用的工具。


我知道老師對於我們進度落後一事十分光火，我自己也覺得現階段的準備工作比預計的久多了，但是，正邁入高潮。

[研究筆記] 研究方向

本研究分為兩階段實行：

1. 建立簡化模型，並以分子模擬方法驗證
2. 探討不同因子對雷射鑽孔結果影響，並以以實驗設計方法建立回歸模型

首先，通過分子模擬法(套軟or自寫)，測試完整與簡化模型再同樣雷射穿擊條件下，其模擬結果是否相同或具有相關性。若然，則進行第二步驟；進行不同深度的模擬，以不同雷射條件進行模擬並研究雷射條件與通孔深度、殘留應力、溫度變化等關係；並以實驗設計方法建立回歸模型，以利日後研究或工業應用。


第零周(09/09 ~ 09/13)工作：
除開始撰寫論文之簡介、動機、文獻回顧與大綱之外，盡速尋找模擬工作需之條件

1. 模擬尺度：尺寸、數量、時間、溫度、壓力
2. 原子排列：排列座標、間隔距離
3. 勢能函數：原子互動之勢能
4. 雷射機制：雷射光斑大小、動能轉換之機制、反射作用

並著手以最小薄層進行第一次模擬，目的是為了驗證軟體可作用，若時間允許則再進行簡化模型的模擬。

09/13 (五) 跟老師討論，報告工作成果

[研究筆記] 蒙地卡羅法與分子模擬之比較以及未來工作

蒙地卡羅法有較大的速度優勢，但只能求解穩態問題，對於研究的「應力分布變化」無法有太大貢獻。

故研究工具應以分子模擬法為主，下一步工作為尋找縮短計算成本的手段；飛秒雷射燒蝕研究的文獻使用分子模擬法者多為只探究雷射點以下深處的結構變化或燒蝕作用機制。

而本研究的「應力變化分布」可能需要更大規模的模擬尺度，加上「實驗設計」的要求，更限制了計算成本，故需搜尋簡化模型的手段。

目前有兩個方向：

1. 薄餅模型，只研究數個薄片(10 atoms, 20 atoms, etc.)，探究不同深度雷射穿擊的影響因子並建立回歸模型，最後與文獻實驗數據比較。
2. 1/4模型，在假定矽板燒蝕行為具平面等向的前提下(待求證)，將模型簡化成以雷射擊點為原點的第一象限，兩鄰端採週期邊界(待佐證)。

可將兩模型互相比較，例如第一薄餅模型分別作完整與1/4模型，若兩者結果相符，則第二薄餅開始皆用1/4模型，以減少計算時間。