粒子模拟方法(PIC)是通过计算机跟踪模拟大量粒子运动及其与电磁环境互作用来仿真电子器件在真实环境下工作状态的一种方法。随着高性能计算的广泛应用,计算机模拟成为研究物理理论及开发新型器件的主要过程之一。通过计算机模拟,不仅可以预测模型的各项参数,还能更加直观的观测模型中的粒子运动轨迹,是现代物理理论研究的重要过程。而在电磁粒子模拟计算中,程序运算尤其耗时,这使得开发更高效快速的设备及程序更为重要。而使用PC进行模拟仿真时,加入GPU并行计算优化代码能有效地提高运算速度。本论文的工作内容主要是针对电磁粒子模拟软件的并行算法进行研究并设计GPU环境下的并行加速程序,主要内容包括:1.研究几种GPU构架的运算效率,实现基于Fortran语言的GPU并行程序。实现OpenACC,CUDA及串行计算的矩阵相乘计算,比较计算效率并对比计算结果。分析两种GPU并行的优劣,及优化方案。2.建立基于CUDA的电磁粒子模拟并行模型。按照模型中结构合理划分线程,将模型中电磁迭代计算问题分解到GPU各项线程中并行处理,分析每步迭代间交换GPU与CPU的数据访存效率。3.三维电磁粒子模拟软件CHIPIC-3D并行化的应用研究。实现了三维电磁粒子模拟软件CHIPIC-3D基于GPU的并行计算功能。针对电磁场迭代部分流程做并行化的修改和优化以达到加速,并应用并行化之后的CHIPIC-3D软件完成对矩形波导,磁绝缘传输线(MITL)等多种器件的模拟仿真。4.针对软件中粒子模拟计算部分目前仍然存在的问题和技术实现的难点进行分析总结,提出可能实现的解决方案,为将来的研究打下基础。