Desempenho de um algoritmo multigrid paralelo aplicado à equação de Laplace

Abstract

Resumo: Entre os métodos mais eficientes empregados na solução de sistemas de equações estão os métodos multigrid. Apesar de numericamente eficientes, a solução de sistemas de equações com um grande número de incógnitas pode resultar em elevado tempo de CPU, visto que normalmente apresentam tempo de processamento proporcional ao número destas. Uma possível solução para este problema é a paralelização destes métodos através do particionamento do domínio em subdomínios menores (menos incógnitas). Neste trabalho foi resolvido numericamente o problema de condução de calor bidimensional linear governado pela equação de Laplace com condições de contorno de Dirichlet. Utilizou-se o Método das Diferenças Finitas (MDF), com esquema de aproximação de segunda ordem (CDS) para discretização do modelo matemático. Os suavizadores (solvers) utilizados foram os métodos Gauss-Seidel red-black e Jacobi ponderado. Para a obtenção da solução, foi empregado o método multigrid geométrico, com esquema de correção CS, restrição por ponderação completa, prolongação utilizando interpolação bilinear e número máximo de níveis para os diversos casos estudados. A paralelização do multigrid foi realizada aplicando-se uma metodologia, proposta neste trabalho, a cada uma de suas componentes algorítmicas: solver, processo de restrição, processo de prolongação e cálculo do resíduo. Os resultados podem ser considerados positivos, pois verificou-se que, além do tempo de CPU ter sido reduzido significativamente, este diminuiu à medida que o número de processadores utilizados aumentou.