Aceleración de un Modelo de Volúmenes Finitos en Arquitecturas Multi-Many-Core

Abstract

En Uruguay, desde hace algunos años se está trabajando en el modelado numérico del flujo del Río de la Plata y el Frente Marítimo aplicando el modelo tridimensional MOHID. El MOHID utiliza una discretización en volúmenes finitos que resuelve las ecuaciones tridimensionales de Navier-Stokes con la aproximación hidrostática del campo de presiones permitiendo utilizar la técnica de modelos encajados. A través de esta metodología, es posible anidar grillas de resolución espacial creciente, forzando los modelos locales con resultados de aplicaciones de mayor escala. En particular, esto permite forzar el modelo del Río de la Plata con condiciones de borde calculadas con un modelo global de circulación del Atlántico Sur. Uno de los principales problemas de este tipo de enfoques son los altos tiempos de ejecución que implican la resolución de los modelos. Esta situación motiva el estudio e inclusión de técnicas de computación de alto desempeño (HPC) para la aceleración de los mismos.
En el trabajo se evalúan diferentes paradigmas de HPC, abordando tanto el uso de técnicas tradicionales basadas en paralelismo de memoria compartida para explotar procesadores multi-core, así como el uso de procesadores gráficos (GPUs) para acelerar los tiempos de cómputo de los modelos. En
particular, y dado que los principales tiempos de ejecución del modelo son debidos a la resolución de sistemas lineales tridiagonales subyacentes de la aplicación del método ADI, los desarrollos se centran en esta etapa.
La evaluación experimental muestra que ambas técnicas aportan importantes mejoras en los tiempos de ejecución para la resolución de los sistemas lineales. Estos resultados alentadores, permiten conjeturar sobre las posibilidades de mejora del desempeño computacional de este tipo de modelos utilizando hardware de bajo costo y que ha mostrado evolucionar en sus capacidades de forma vertiginosa.