ESTRATEGIA COMPUTACIONAL PARA REDUCIR TIEMPOS DE EJECUCIÓN EN LA PROPAGACIÓN DE UNA ONDA DE ELECTROMAGNÉTICA 3D UTILIZANDO GPU’S Y FDTD

La simulación de modelos físicos, matemáticos y geológicos son de gran importancia porque permiten predecir el comportamiento de sistemas complejos. Entre los modelos simulados más utilizados destacan, la propagación de ondas electromagnéticas, fluidos, diferencias finitas, elementos finitos, optimi...

Full description

Autores:
Ladino Cáceres; William Esteban
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/12515
Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/12515
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Palabra clave:
HPC
GPU
DESCOMPOSICIÓN DE DOMINIO
TRANSFERENCIAS ASINCRÓNICAS
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PROGRAMACIÓN EN PARALELO
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description La simulación de modelos físicos, matemáticos y geológicos son de gran importancia porque permiten predecir el comportamiento de sistemas complejos. Entre los modelos simulados más utilizados destacan, la propagación de ondas electromagnéticas, fluidos, diferencias finitas, elementos finitos, optimización, geotérmicos, terremotos, entre otros. La simulación de una onda electromagnética requiere de grandes cantidades de memoria RAM y amplios tiempos de ejecución, por ello en esta investigación se busca optimizar el uso de estos recursos a partir de una estrategia computacional y de transferencias asincrónicas. En este sentido, primero, se realiza una discretización de la ecuación de onda electromagnética 3D utilizando el método FDTD; segundo, a partir de la discretización se genera un algoritmo para la propagación de la onda; tercero, se implementa la primera estrategia, que consiste en la descomposición de dominio programada en dos GPU's conectadas a través del puerto PCI Express por medio de MPI; cuarto, se aplica la segunda estrategia en la cual se utilizan transferencias asincrónicas. Los resultados muestran que la primera estrategia presenta mejoras en los tiempos de ejecución de hasta un 32 % y permite que la simulación se lleve a cabo sobre dominios del doble de la capacidad permitida por la memoria RAM, en comparación con la ejecución de una sola GPU. La segunda estrategia permite mejorar un 10 % el tiempo de ejecución con respecto a la anterior.
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La simulación de una onda electromagnética requiere de grandes cantidades de memoria RAM y amplios tiempos de ejecución, por ello en esta investigación se busca optimizar el uso de estos recursos a partir de una estrategia computacional y de transferencias asincrónicas. En este sentido, primero, se realiza una discretización de la ecuación de onda electromagnética 3D utilizando el método FDTD; segundo, a partir de la discretización se genera un algoritmo para la propagación de la onda; tercero, se implementa la primera estrategia, que consiste en la descomposición de dominio programada en dos GPU's conectadas a través del puerto PCI Express por medio de MPI; cuarto, se aplica la segunda estrategia en la cual se utilizan transferencias asincrónicas. Los resultados muestran que la primera estrategia presenta mejoras en los tiempos de ejecución de hasta un 32 % y permite que la simulación se lleve a cabo sobre dominios del doble de la capacidad permitida por la memoria RAM, en comparación con la ejecución de una sola GPU. La segunda estrategia permite mejorar un 10 % el tiempo de ejecución con respecto a la anterior.PregradoIngeniero ElectrónicoThe simulation of physical, mathematical, and geological models is of great importance because it allows predicting the behavior of complex systems. Among the most commonly used simulated models are electromagnetic wave propagation, fluids, finite differences, finite elements, optimization, geothermal, earthquakes, among others. The simulation of an electromagnetic wave requires large amounts of RAM memory and lengthy execution times. Therefore, this research seeks to optimize the use of these resources through a computational strategy and asynchronous transfers. First, the 3D electromagnetic wave equation is discretized using the FDTD method; second, an algorithm for wave propagation is generated from the discretization; third, the first strategy is implemented, which consists of domain decomposition programmed on two GPUs connected through the PCI Express port via MPI; fourth, the second strategy is applied, which uses asynchronous transfers. The results show that the first strategy presents improvements in execution times of up to 32%, and allows the simulation to be carried out on domains twice the capacity allowed by the RAM memory, compared to the execution on a single GPU. The second strategy improves execution times by 10% compared to the previous one.application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingeníerias FisicomecánicasIngeniería ElectrónicaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesHPCGPUDESCOMPOSICIÓN DE DOMINIOTRANSFERENCIAS ASINCRÓNICASSTREAMSPROGRAMACIÓN EN PARALELOCUDAONDA ELECTROMAGNÉTICAHPCGPUDOMAIN DECOMPOSITIONASYNCHRONOUS TRANSFERSSTREAMSPARALLEL PROGRAMMINGCUDAELECTROMAGNETIC WAVEESTRATEGIA COMPUTACIONAL PARA REDUCIR TIEMPOS DE EJECUCIÓN EN LA PROPAGACIÓN DE UNA ONDA DE ELECTROMAGNÉTICA 3D UTILIZANDO GPU’S Y FDTDCOMPUTATIONAL STRATEGY TO REDUCE EXECUTION TIMES IN 3D ELECTROMAGNE- TIC WAVE PROPAGATION USING GPU’S AND FDTDTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALDocumento.pdfDocumento.pdfapplication/pdf662996https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/a8298c69-bddb-4084-9aed-80bf3c6aae39/download93fd722c3e81e7edf6cc7898636af015MD51Nota de proyecto.pdfNota de proyecto.pdfapplication/pdf358578https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/e82f29b5-d2ea-4241-84f9-8d4701d15a4f/download5a75c9daedf5f398300722158538e116MD52Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf223665https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/443e484f-2dfb-4363-aad2-71ef93d3c8a6/download2533579a1d9faae9435d5c9abed6abc9MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82237https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/ef5220e4-caf0-4c74-87d0-618e6d6c6423/downloadd6298274a8378d319ac744759540b71bMD5420.500.14071/12515oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/125152023-03-13 10:12:04.098http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessopen.accesshttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.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