Intrare/ieșire eficientă a datelor (I/O) pentru domeniul temporal al diferențelor finite (FDTD). Calculul pe unitatea de procesare grafică (GPU)

Titlul original:

Efficient Data Input/Output (I/O) for Finite Difference Time Domain (FDTD). Computation on Graphics Processing Unit (GPU)

Conținutul cărții:

Teza de masterat din anul 2014 la disciplina Informatică - Aplicată, clasa: First, Universitatea din Manchester (Școala de Informatică), curs: Informatică avansată: Computer Systems Engineering, limba: română: Engleză, rezumat: Datorită progresului recent în tehnologie, una dintre modalitățile populare de a obține performanță în ceea ce privește timpul de execuție al programelor este utilizarea puterii masive de paralelism a calculatorului accelerator bazat pe GPU împreună cu calculul CPU. În calculul cu accelerator bazat pe GPU, partea intensivă de date sau de calcul este calculată pe GPU, în timp ce instrucțiunile simple, dar complexe, sunt calculate pe CPU pentru a obține o accelerare masivă a timpului de execuție a programului de calculator executat pe sistemul de calcul.

În fizică, în special în electromagnetism, metoda FDTD (Finite-Difference Time-Domain) este o metodă populară de analiză numerică, care este utilizată pentru a rezolva setul de ecuații cu derivate parțiale Maxwells pentru a unifica și corela câmpul electric cu câmpul magnetic. Deoarece metoda FDTD este intensivă din punct de vedere al calculului și are un nivel ridicat de paralelism în implementarea calculului, din acest motiv, în ultimii câțiva ani, cercetătorii încearcă să calculeze partea intensivă din punct de vedere al calculului a metodelor FDTD pe GPU în locul CPU. Deși calcularea părților paralelizate ale algoritmilor FDTD pe GPU atinge performanțe foarte bune, nu reușește să câștige o viteză foarte bună în timpul de execuție din cauza latenței foarte mari dintre CPU și GPU.

Rezultatele calculelor la fiecare pas de timp FDTD trebuie să fie produse și salvate pe hard diskul sistemului. Aceasta poate fi numită ieșire de date a metodelor FDTD, iar suprapunerea ieșirii de date și calcularea valorilor câmpului la următorul pas de timp nu pot fi efectuate simultan.

Din această cauză și din cauza decalajului de latență dintre CPU și GPU, există un blocaj în performanța ieșirii datelor din GPU. Această problemă poate fi considerată ca o performanță ineficientă de intrare/ieșire a datelor (I.