Παραλληλοποίηση κωδίκων επίλυσης προβλημάτων υπολογιστικής ρευστομηχανικής με χρήση του ανοιχτού προτύπου OpenCL

Γαλανός, Δημήτριος; Galanos, Dimitrios

dc.contributor.author	Γαλανός, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Galanos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2019-06-28T11:54:19Z
dc.date.available	2019-06-28T11:54:19Z
dc.date.issued	2019-06-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48931
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16657
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Παράλληλη επεξεργασία	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.subject	Παράλληλος προγραμματισμός	el
dc.subject	Μηχανική ρευστών	el
dc.subject	Computational fluid dynamics	en
dc.subject	Parallel programming	el
dc.subject	CFD	el
dc.subject	OpenCL	el
dc.title	Παραλληλοποίηση κωδίκων επίλυσης προβλημάτων υπολογιστικής ρευστομηχανικής με χρήση του ανοιχτού προτύπου OpenCL	el
heal.type	bachelorThesis	el
heal.classification	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.classification	Παράλληλη επεξεργασία	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Parallel processing	el
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-01
heal.abstract	Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας είναι η διερεύνηση του κατά πόσον πραγματικοί αλγόριθμοι επίλυσης προβλημάτων υπολογιστικής ρευστομηχανικής μπορούν να επιταχυνθούν μέσω παραλληλοποίησης με χρήση σύγχρονου και φθηνού υλικού (hardware) και του ανοιχτού προτύπου/framework OpenCL (Open Computing Language). Το πρότυπο ορίζει ένα σύνολο δομών, από τη γλώσσα συγγραφής του κώδικα (βασισμένη στη C99), ως τις βιβλιοθήκες συναρτήσεων το API και τον αντίστοιχο compiler που επιτρέπουν την εκτέλεση του κώδικα στη συσκευή του κάθε κατασκευαστή χωρίς γνώση του υποκείμενου υλικού. Το πρότυπο είναι ανοιχτό, αναπτύσσεται με συνεργασία των μεγαλύτερων κατασκευαστών του κλάδου και υποστηρίζει πλήθος συσκευών όπως ενδεικτικά οικιακοί και server-grade επεξεργαστές (CPUs), επιταχυντές γραφικών (GPUs), επεξεργαστές τύπου FPGA, καθώς και chips τύπου DSP. Αρχικά αναπτύχθηκε ένας απλός αλγόριθμος επίλυσης δις-διάστατης ροής ρευστού πάνω σε επίπεδη πλάκα, ξεκινώντας από τις εξισώσεις Navier-Stokes. Ολοκληρώνοντας αριθμητικά τις εξισώσεις αυτές πάνω σε όγκους ελέγχου ενός δομημένου πλέγματος και λαμβάνοντας υπ’ όψιν ορισμένες απλοποιήσεις, παράγουμε ένα σύστημα γραμμικών εξισώσεων, κατάλληλων για επίλυση σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (Η/Υ). Το υπόβαθρο της θεωρίας καθώς και η μεθοδολογία του πλέγματος και της αριθμητικής ολοκλήρωσης που ακολουθήθηκε περιγράφονται στο βιβλίο “An Introduction to Computational Fluid Dynamics – The Finite Volume Method (2nd edition)” (H. K. Versteeg & W. Malalasekera- ISBN: 978-0-13-127498-3). Ορισμένες τροποποιήσεις του πλέγματος χρειάστηκε να γίνουν ώστε να είναι πιο άμεσος ο έλεγχος με αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται από το Εργαστήριο Ναυτικής & Θαλάσσιας Υδροδυναμικής της σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ. Έλεγχοι της απόδοσης της παραλληλοποίησης πραγματοποιήθηκαν σε πλήθος συσκευών και αρχιτεκτονικών ικανών να υποστηρίξουν το πρότυπο, ενδεικτικά σε κλασσικούς “desktop” οικιακούς Η/Υ με πολυπύρηνους επεξεργαστές (υλοποιώντας τεχνολογίες Simultaneous multi-threading και υπαρκτούς παράλληλους πυρήνες), σε κάρτες γραφικών των κατασκευαστών AMD & Nvidia, και σύγχρονες φορητές συσκευές κινητής τηλεφωνίας (smartphones). Σε κάθε περίπτωση καταγράφεται το ποσοστό βελτίωσης (επιτάχυνσης) σε σύγκριση με την εκτέλεση της σειριακής έκδοσης του προγράμματος στην ίδια συσκευή (όπου αυτό ήταν δυνατόν) και γίνεται μια μικρή ανάλυση κόστους, αφενός ως προς το κόστος κτήσης, αφετέρου ως προς το κόστος λειτουργίας (κατά βάσιν ηλεκτρικής κατανάλωσης) με σκοπό να βοηθηθεί η επιλογή της κατάλληλης συσκευής, αναλόγως του φορτίου. Όπως θα φανεί και στη συνέχεια, η επιτάχυνση του κώδικα είναι εμφανής και εκμεταλλεύσιμη, οι συσκευές που το υποστηρίζουν είναι πολλές, με σχεδόν κάθε σύγχρονο μικρο-επεξεργαστή να παρέχει υποστήριξη στο υλικό του, οι υποστηριζόμενες συσκευές καλύπτουν ένα ευρύτατο φάσμα τεχνολογιών, ενώ μπορούμε να συνθέσουμε ένα σύνολο συσκευών, υπολογιστών ή δικτύου που θα δουλεύουν ταυτόχρονα, ανάλογα με τις ανάγκες μας σε συνδυασμό με τη διαθέσιμη χρηματική δαπάνη. Τέλος, η πορεία της βιομηχανίας επεξεργαστών προς πολυπύρηνους επεξεργαστές παντός είδους (heterogeneous computing) μας προσφέρει πολύ μειωμένες καταναλώσεις (“performance per watt”), ιδιαίτερα για προβλήματα εκ φύσεως εύκολα παραλληλοποιήσιμα όπως εν προκειμένω.	el
heal.advisorName	Τζαμπίρας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Τζαμπίρας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Πολίτης, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	99 σ.
heal.fullTextAvailability	true