高性能计算（High performance computing,HPC）在航空航天、天体物理学、生物医学、气象、材料科学、核工程等科学研究和工程技术领域无一不发挥着重要作用。粒子输运模拟就是其中的一项重要应用。自上世纪三十年代中子被发现后,对于各类微观粒子的研究就一直持续不断。粒子运输理论已经被应用在天体物理、核物理、医学放射性治疗等重要领域。粒子输运方程（Boltzmann方程）是描述粒子传输过程的数学物理方程,其求解算法一直是研究的关键。随着科技的发展和实际应用问题的需要,对粒子输运模拟精度和实时性要求也越来越高。本文致力于利用天河2A高性能计算平台,优化粒子输运模拟应用的性能,提升高性能计算平台的效率和利用率,主要贡献如下:1、针对基于结构化网格求解三维粒子输运方程的数值计算方法特点,深入研究了现有的并行计算方法,提出并实现了基于Matrix-2000的三维结构化网格的大规模粒子输运异构并行算法。通过BCL和ACL接口完成CPU和Matrix-2000的数据传输,构建异构并行算法。在Matrix-2000端进行Open MP线程级并行优化,提升计算速度。线程级并行优化的内容包括计算迭代源,I-line网格柱计算和通量误差计算,在Matrix-2000超加速结点上取得了最大13.2倍的加速效果。在天河二号升级系统上完成百万核规模的扩展测试,并行效率较高,程序具有较好的可扩展性。2、在现有粒子输运蒙特卡罗模拟算法MCNP程序基础上,提出了一种面向CPU-MT2000异构系统的粒子输运异构协同算法;针对国产加速器Matrix-2000的架构和访存特点提出了适于程序并行的高效数据结构及基于粒子数与线程数的任务划分方法。同时,优化了原始的串行数据收集通信模式,提出新的二叉树通信模式,极大减少了通信时间,加速比可达17.7。通过优化通信模式,以及基于MPI-SCIF-Open MP编程框架,我们实现的基于CPU-MT2000异构协同计算的并行程序,可以弱扩展到45万核,相对5万核并行效率保持在22.54%。