USO DE OPERAÇÕES EM GPU PARA ACELERAR UMA APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO DE COMBUSTÃO

  • Glener Pizzolato
  • Claudio Schepke
Rótulo Simulação, Navier-Stokes, Operações, GPU

Resumo

A capacidade de prover simulações é uma das principais características da computação, podendo representar simbolicamente ambientes que inclusive não podem ser representados na vida real, sendo assim, um terceiro pilar da ciência, ao lado de experimentação e teoria. Um exemplo de aplicação computacional que provê capacidade de simulação de uma câmera de combustão foi desenvolvido por Manco, 2014, o qual possibilita avaliar a mistura entre combustível e oxidante em uma discretização bidimensional da equações de Euler. M. C. Silva e C. F. C. Cristaldo em 2018 adaptaram o programa para que o mesmo usasse as equações de Navier- Stokes para a representação do mundo real. A camada de mistura compreensível serve como um modelo para a análise e a capacidade de simular problemas como por exemplo: propulsão de ar de alta velocidade; mistura de reagentes; geração de ruído em bocais de exaustão, etc. Em ambos os casos, duas correntes paralelas em velocidades diferentes podem ser compostas de diferentes espécies químicas ou com grandes diferenças de temperatura. Essas simulações numéricas diretas de alta ordem são frequentemente usadas para resolver as escalas espaço-temporais de tais fluxos. Tais simulações de alta fidelidade requerem um layout computacional extenso que geralmente resulta em custos computacionais proibitivos. O código escrito em Fortran 90 foi implementado de forma sequencial e tem alto custo de computação, o que torna problemático realizar algumas simulações específicas. Diante disso, o objetivo deste trabalho é otimizar a computação das equações discretas de Navier-Stokes utilizando operações paralelas, usando arquitetura Multicore e GPUs NVIDIA. Para tanto, é feito o uso de diretivas OpenMP em arquiteturas Multicore e uso extensivo de diretivas de loop de kernel em GPU para ter um código fonte mais próximo possível da versão original da CPU. Além disso, será simulado a convulsão turbulenta de Rayleigh-Benard e o fluxo plano de Couette métodos esses, que serviram para verificar se a precisão do código e os resultados encontrados vão estar em excelente concordância com os dados experimentais e computacionais publicados. Espera-se um aumento no desempenho e o uso eficiente da memória, pois a versão GPU poderá executar simulações em intervalos de parâmetros sem precedentes em turbulências limitadas por parede acionadas termicamente. Os resultados parciais utilizando threads OpenMP mostraram que é possível reduzir parcialmente o tempo de execução, em testes realizados em algumas rotinas executadas em Multi-core.

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Publicado
2020-11-20
Como Citar
PIZZOLATO, G.; SCHEPKE, C. USO DE OPERAÇÕES EM GPU PARA ACELERAR UMA APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO DE COMBUSTÃO. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, v. 12, n. 2, 20 nov. 2020.