Masterproef T814 (=T600): Algoritmen en software voor ‘high performance computing’

Informatie:	Karl Meerbergen
Promotoren:	Karl Meerbergen, Dirk Roose
Begeleider:	Karl Meerbergen, Dirk Roose

Numerieke Approximatie en Lineaire Algebra Groep
Technisch Wetenschappelijk Rekenen

Parallellisme is op steeds grotere schaal aanwezig in computersystemen. Processoren bevatten nu tot 8 ‘kernen’ (cores) en worden verboden met snelle interconectienetwerken tot grote clusters. De volgende generaties processoren zullen honderden kernen bevatten [1]. Algoritmen en software moeten worden aangepast aan deze nieuwe parallelle architecturen. Hierbij wordt ook het energieverbruik een belangrijke factor om algoritmen en software te evalueren. In het kader van een nieuw onderzoekscentrum (Flanders High performance Computing Lab) werken we rond de efficiënte parallellisatie van algoritmen en software voor de simulatie van ruimteweer [2]. Deze masterproef kadert in dit onderzoek.

In deze masterproef worden recente ideeën en methoden voor parallellisatie uitgetest op een prototype‐code voor ruimteweersimulatie. Met ruimteweer bedoelen we de invloed van de zonnewind, nl. elektrisch geladen deeltjes uitgestoten door coronala massa‐ejecties op de zon, op de magnetosfeer tussen de zon en de aarde. Deze zonnewind kan heel wat systemen op en rond de aarde beïnvloeden.

Simulatie van ruimteweer is gebaseerd op het numeriek oplossen van wiskundige modellen. Tijdsintegratie en adaptieve roosterverfijning zijn hierbij belangrijke componenten. Verschillende aspecten kunnen in deze masterproef aan bod komen:

• minimalisatie van geheugentoegang en communicatie tussen processoren, om de uitvoeringstijd te verminderen
• rekening houden met de energiekost: bij de vergelijking van algoritmen moet ook de energiekost in rekening gebracht worden. Hiervoor moeten nieuwe ‘metrieken’ ontwikkeld worden om de complexiteit van algoritmen te evalueren.
• nieuwe programmeermodellen evalueren: bestaande programmeermodellen zijn gebaseerd op een gemeenschappelijk geheugen of op een gedistribueerd geheugen. Recent werden PGAS‐talen ontwikkeld, gebaseerd op een ‘gepartitioneerde globale adresruimte’.
• dynamische werkverdeling voor adaptieve algoritmen: indien de gegevensstructuur van een algoritme niet verandert in de tijd, kan een optimale opsplitsing in deeltaken op voorhand berekend worden. Bij adaptieve algoritmen wijzigt de gegevensstructuur (bv. een adaptief verfijnd rooster) en moeten de deeltaken tijdens de uitvoering van het programma herberekend worden en dynamisch toegewezen worden aan de processoren/kernen.

Voor deze masterproef verwachten we interesse in zowel algoritmen en hun complexiteit als in implementatie en programmeermodellen.

[1] Intel_to_provide_researchers_with_48core_processors_this_quarter
[2] ruimteweer