Stokesovské tečení na koprocesorech Nvidia GPU

• Thesis title in Czech: Stokesovské tečení na koprocesorech Nvidia GPU
• Thesis title in English: Stokes flow on Nvidia GPU coprocessors
• Key words: Konvekce v zemském plášti, počítání na GPU
• English key words: Mantle convection, GPU computing
• Academic year of topic announcement: 2015/2016
• Thesis type: project
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Geophysics (32-KG)
• Supervisor: RNDr. Ladislav Hanyk, Ph.D.

Guidelines

Modelování konvekce v zemském plášti se řadí ke klíčovým tématům numerické geodynamiky [1]. S problémem se geofyzici utkávali a utkávají mnohými postupy, od metody konečných diferencí přes konečné objemy ke konečným elementům, a nejen takto. Ne každá z metod užívaných na CPU (standardní počítačové procesory) je však vhodná pro přenos na výpočetní koprocesory (Nvidia Graphics Processing Units - GPU [2], Intel Many Integrated Cores - MIC [3]), které svou výpočetní silou přitahují v poslední době pozornost počítajících fyziků.

Student s dopomocí zvolí vhodnou aproximaci problému, vhodnou metodu a připraví program pro plášťové (Stokesovské) tečení v referenční CPU verzi. Při její tvorbě bude veden tak, aby následné úpravy při přenosu na koprocesor byly co nejmenší. Snahou bude využít vysokoúrovňové postupy pro konverzi CPU kódu na koprocesor, tedy systémy direktiv [4] a volání knihoven dostupných pro CPU i koprocesor [5]. Cílem projektu - vedle otrkání studenta při numerickém řešení parciálních diferenciálních rovnic a programování moderního hardwaru - je ocenit efektivitu koprocesorových implementací softwaru pro plášťové tečení v relaci k námaze vynaložené na konverzi softwaru.

References

[1] Zhong S. J., Yuen D. A., Moresi L. N., 7.05 Numerical methods for mantle convection, in: Treatise on Geophysics, Elsevier, 2007, http://booksite.elsevier.com/brochures/geophysics/PDFs/00118.pdf
[2] Nvidia CUDA, Parallel programming and computing platform, http://www.nvidia.com/cuda
[3] Intel Many Integrated Core Architecture (Intel MIC Architecture)
http://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/many-integrated-core/intel-many-integrated-core-architecture.html
[4] OpenACC directives for accelerators, http://www.openacc-standard.org
[5] CULA tools, GPU accelerated linear algebra, http://www.culatools.com

Preliminary scope of work

Je vypsán obdobný projekt pro týž fyzikální problém řešený na koprocesorech Intel MIC [3]. Oba projekty by mohly zaujmout dvojici studentů a na výsledné časy běhu totožné fyzikální úlohy na různém hardwaru by se tak v průběhu řešení projektů mohly uzavírat sázky.