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[目的]本文在多GPU平台上,对基于快速多极子方法(FMM)和粒子网格方法(PM)的天文N体模拟软件PHoToNs的核心函数进行CUDA加速实现和性能优化.[方法]主要优化方法包括算法的参数优化、页锁定内存和CUDA流优化、混合精度和快速数学库优化等.[结果]优化后的短程力相互作用核心函数在Titan V的GPU平台上采用4张GPU卡的计算速度相对采用4个Intel Xeon CPU核提高了约410倍.[结论]本文的优化技术可为其它高性能GPU异构平台上的进一步算法研究和超大规模天文N体模拟提供支撑.