高性能计算集群是一种以提高科学计算水平为目标的集群技术,它优秀的扩展性,超高的性价比等优点给空间科学计算、人工智能、气象预报、航天科技、金融等领域带来了空前的发展前景。空间数值模拟技术是依靠高性能计算集群来模拟空间物理现象的计算机模拟技术。全粒子模拟(Particle In Cell,PIC)算法是一种用于磁场重联中的重要模拟技术,它依靠高性能计算集群,通过在一定的区域内划分网格的方式来跟踪计算大量的等离子体粒子的运动,这个过程计算量巨大,对集群性能的要求很高。本文围绕高性能计算集群展开研究。第一,介绍了高性能计算集群的发展与重要性;第二,详细介绍了高性能计算集群的架构,配套部件以及相关软件,基于此集群,介绍了CPU+MPI并行技术与CPU+GPU并行异构计算技术;第三,介绍了全粒子模拟(PIC)方法,给出了粒子模拟中的重要方程,以及经典的PIC模拟程序的基本流程,并给出了近年来利用PIC模拟技术在磁场重联上的相关进展应用;第四,利用HPL(High Performance Linpack)基准测试方法对集群刀片计算节点(CPU节点)进行了浮点计算性能测试,并利用优化的经典PIC程序对CPU节点和GPU节点进行了模拟研究,对PIC各个模拟过程进行了相关分析,计算其加速比,对比了CPU、GPU的性能。结果表明GPU的并性效果很显著,多CPU下利用多线程能有效加快程序运行;最后利用自主开发的二维磁场重联的PIC模拟程序进行了二维磁场重联模拟研究,给出了磁岛融合过程,并表明,在磁重联过程中,满足Kelvin-Helmholtz不稳定条件下的电子涡旋可以激发亚离子尺度磁岛,同时给出了离子尺度磁岛合并的过程,证明了电子尺度的动力学过程在磁场重联中的重要作用。并结合观测结果,证明了模拟结果与观测结果一致。