硅是信息技术产业中应用最广泛和最重要的材料之一，其低维纳米结构硅纳米线和纳米薄膜在场效应晶体管、热电元件、纳微机电系统（MEMS/NEMS）和化学传感器等方面已展现出巨大的应用价值。然而，在上述领域的设备元件和纳微器件中，体硅及其纳微结构的热传递性质和导热能力会显著影响微电子设备集成电路的稳定性、和热电材料的能源转换效率等，某些情况甚至会导致器件性能严重下降。因此，研究硅纳微结构和半导体器件的热物理性质和行为，将会阐明纳微尺度热传导底层的声子传递机制，应用于新型高效纳微器件的设计与开发，因此具有重大的科学意义和工业应用价值。
分子动力学模拟由于能够细致刻画原子振动周期内的微观过程，已经成为研究硅及其低维纳米结构导热性质的主要手段。基于国家超级计算郑州中心超级计算机并耦合自主开发的异构大规模并行计算加速技术，将能有效提升分子动力学模拟的时间和空间尺度，实现硅纳微结构和半导体器件的模拟，加深对纳微结构热导率和传热过程的认识，促进半导体元器件的设计与开发。
根据DCU自身的硬件结构特点，通过数据结构和内存使用方式的改进，提出并深入优化了单DCU计算算法，系统中模拟的全部原子在初始时按照一定规则进行排序，并且每个线程块计算的超胞中的原子被分为三类以利于DCU处理，结果取得了优异的性能，显著提高了程序执行效率，加速性能明显提升。由于不同的线程块处理的超胞的大小和形状对加速卡执行性能有显著影响，所以研究团队对超胞也进行了优化选择。同时，针对物理电路基底上层的掺杂区域，提出了基于大小网格的DCU动态邻居算法以高效执行分子动力学模拟。针对一维纳米结构对DCU单机和并行程序的性能进行了测试，通过一系列算例验证DCU单卡程序和大规模并行程序的可靠性和正确性。
硅一维纳米结构热传导的计算模拟
大规模集成器件的计算模拟
（绿色技术研究中心）
