使用CUDA C++编写平均MSD计算

最近在学习C++和CUDA C++，刚好我的动力学过程需要计算MSD，无奈于原子多步数多，计算太慢，于是编写了这个基于CUDA C++的mean square displacement (MSD)计算程序。仅适用于本人自己的体系，如果要用其他体系得改一下相关参数。

代码已经上传到仓库了：GitHub - whitecrn/MSD_GPU: a CUDA C++ program to calculate averaged mean-square-displacement.，下载全部文件，在当前有文件的目录用：make命令即可，然后自己选用哪张卡算（网上有教程，一行命令的事情），然后运行编译出来的可执行文件即可。不过我编译时选的是仅支持计算能力为7.0或8.0以上的卡，具体查询自己的卡能不能算可以查询这个网站：CUDA GPUs - Compute Capability | NVIDIA Developer，不行的话可以自己改Makefile的编译内容。确保自己已经安装了CUDA，并且可以使用nvcc命令，如果不能使用nvcc命令，需要把CUDA的bin加入环境变量（具体看网上教程）。软件用法：./msd_gpu，后面加参数：

-h: 获得参数帮助

-i: 设置需要计算原子的id，默认：1

-f: 输入文件的名称，默认: dump.atom

-p: 时间间隔，单位ps，默认: 0.1

仅测试下GPU并行下的表现，没有具体对GPU代码做深入优化。GPU使用的是CUDA C++，CPU使用的是Fortran，二者在数值计算上不会差别特别大，这个是本次比较的基础（后面也会看到，使用GPU并行会比CPU单核计算本身快非常多，如果二者有差异也不会大到数量级的差别）。

下面的测试CPU使用的是第10代i9，GPU使用3090Ti；使用的动力学体系是：12000原子（实际扩散离子8000原子），共10001步，数据文件大小3.69GB：

i9 CPU:

只需要看红框内部的内容，第一个是对周期边界的处理：150 s；第二个是计算时间平均MSD：650 s！时间非常长，一次计算要15分钟左右，况且一次还要计算多个温度下的MSD，等的很着急♪(^∇^*)。（因为读取文件没有用上GPU并行处理，这里就不展示读取文件的速度了，读取文件大概都在80 s左右，不算特别久。）

3090Ti:

只需要看红框内部的内容，第一个是对于周期边界的处理：1.07 s！！！这个时间，只占原来的0.7%！！！！！极大减少了需要计算的时间。第二个是计算时间平均MSD：111 s，时间缩短了83%！！！！！(^_^)，并行速度明显比单核运行的Fortran代码快非常多（这里还要说一下因为比较懒，Fortran的cpu代码用的单精度浮点数，CUDA C++我用的全都是double双精度浮点数，所以二者如果统一一下的话，实际上会更快更快）而且经过数据和作图验证，二者得到的MSD数据和图像是一致的（这里就不放MSD的图了，我用的自己课题的数据做验证的）

（再也不能以等数据为理由摸鱼力/(ㄒoㄒ)/~~）拜拜啦ヾ(•ω•`)o，下次见！