大规模高速集成电路设计和制造中电磁问题的并行自适应算法研究及软件研制

电磁场计算在电磁学、光学领域的理论研究和工程设计中均发挥着非常重要的作用。然而，现有的算法及软件却远远不能满足科学研究和工程应用的要求，大大制约了高性能计算机在这些领域的应用。本项目拟基于我们自主发展的并行自适应有限元软件平台PHG开展大规模高速集成电路设计与制造中电磁信息计算的并行自适应算法与软件研究。重点研究内容是结合计算方法的最新发展，以寄生参数提取问题和光刻问题为应用背景，设计适合于电磁场计算的并行自适应有限元算法及研究相应的并行软件实现技术，为大规模高速集成电路设计与制造领域的科研及工程设计人员提供适合于当代高性能计算机的高精度、高效率、可扩展、具有自主知识产权的数值模拟算法及软件，并运用所形成的算法和软件在国产高性能计算机上完成一到两个具有实际应用背景、使用数千上万个处理器核、上亿自由度数的、有显示度的大规模并行自适应电磁场计算算例。

本项目基于自适应有限元软件平台PHG为基础开展大规模高速集成电路设计与制造中电磁信息计算的并行自适应算法与软件研究。以互连线寄生参数提取问题和光刻问题为应用背景，开展并行算法研究和并行软件研制工作。主要研制了国内首个公开的互连线电容/电感寄生参数并行工具包ParAFEMCap和ParAFEMImp；设计了针对电路设计版图的基于区域分解的复杂结构四面体网格生成并行算法；针对三维电磁散射问题，提出了自适应各向异性PML方法，该方法使得总计算量与PML厚度参数选取无关；开展了电磁逆散射问题高效算法研究，针对光栅衍射问题，提出了一种新的稳定的具有亚波长超分辨率的界面重构算法；开展了面向E级计算的并行算法研究：包括容错并行子空间校正算法、基于单元分解策略的并行谱方法以及冰川流动问题模拟。我们分别在天河一号以及二号上，针对上述算法和并行工具进行了可靠性和可扩展性测试，完成了数个使用数十万CPU核和十亿未知量计算规模的算例。共发表期刊论文4篇，已接收未发表论文2篇，会议论文2篇。该项目的研究为高性能计算技术在大规模高速集成电路设计与制造中的应用进行了有益的探索和尝试。