Running kinetic simulations using grid-based methods is extremely expensive due to the up to six-dimensional phase space. Recently, it has been shown that dynamical low-rank algorithms can drastically reduce the required computational effort, while still accurately resolving important physical features such as filamentation and Landau damping. In this paper, we propose a new second order projector-splitting dynamical low-rank algorithm for the full six-dimensional Vlasov--Poisson equations. An exponential integrator based Fourier spectral method is employed to obtain a numerical scheme that is CFL condition free but still fully explicit. The resulting method is implemented with the aid of Ensign, a software framework which facilitates the efficient implementation of dynamical low-rank algorithms on modern multi-core CPU as well as GPU based systems. Its usage and features are briefly described in the paper as well. The presented numerical results demonstrate that 6D simulations can be run on a single workstation and highlight the significant speedup that can be obtained using GPUs.


翻译:使用基于网格的方法进行动能模拟非常昂贵, 因为有六维空间。 最近, 已经显示动态低级算法可以大幅降低所需的计算工作, 同时仍然准确地解决重要的物理特征, 如丝状和Landau 屏障等。 在本文中, 我们为完整的六维Vlasov-Poisson方程式建议了一个新的第二顺序投影器分动低级动态算法。 使用基于 Fourier 光谱法的指数化集成器来获得一个无CFL条件但仍完全清晰的数字方案。 由此产生的方法是在Ensign的帮助下实施的, ENsign是一个软件框架, 它有助于在现代多极CPU和基于 GPU 的系统上高效实施动态低级算法。 其使用和特征在本文中也作了简要描述。 所提供的数字结果显示, 6D 模拟可以在一个单一的工作站上运行, 并突出使用 GPU 可以获得的重大加速度。

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