Técnicas de otimização computacional aplicadas a um programa de simulação de ondas marítimas

Abstract

Resumo: Técnicas de otimização computacional e programação paralela tem como principal objetivo a melhora da performance de programas (aplicações) computacionalmente intensivos. O programa FUNWAVE é amplamente utilizado no mundo da engenharia costeira para a simulação numérica de problemas relacionados a propagação de ondas aquáticas em regiões costeiras, através da implementação de modelos do tipo Boussinesq. Entretanto, a simulação precisa de fenômenos reais de larga escala pode se tornar computacionalmente muito cara, exigindo uma grande quantidade de recursos computacionais e de tempo de processamento. No presente trabalho, técnicas de otimização e paralelização são aplicadas a este pro- grama, objetivando a melhora da sua performance na execução de modelos de larga escala. Uma melhora no desempenho serial do programa é obtida através da utilização de técnicas manuais de otimização bastante conhecidas e difundidas na computação de alto desempenho. A paralelização é aplicada através da utilização da biblioteca padrão OpenMP, responsável pela paralelização de aplicações em sistemas de memoria compartilhada. Os resultados das otimizações são comparados através da execução de exemplos clássicos de simulação de ondas pelo programa, utilizando o cluster SGI R ? ALTIX R ? XE 1300, propriedade da Universidade Federal do Paraná. Através das otimizações efetuadas pelo presente trabalho, o tempo de execução do programa é reduzido para menos de um quinto do tempo de execução inicial.

Abstract: Computational optimization and parallel programming techniques have as their main objective the improvement of the performance of computationally intensive programs (applications). The program FUNWAVE is widely used in the coastal engineering world to simulate a series of water waves propagation relationed problems in coastal regions by implementing Boussinesq-type models. Moreover, accurate simulation of large-scale real phenomena can become computationally very expensive, demanding a great amount of computational resources and processing time. In the present work, optimization and parallelization techniques are applied to that program in order to improve its performance on the simulation of complex phenomena. An improvement in the program's serial performance is achieved through the use of manual optimization techniques well known and widespread in high performance computing. The parallelization is applied through the use of the standard library OpenMP, which is responsible for the parallelization of applications in shared memory systems. The results of the optimizations are compared through the execution of classical wave simulation examples by the program, using the cluster SGI R ? ALTIX R ? XE 1300, property of Universidade Federal do Paraná. The program's execution time is reduced to approximately one fifth of the initial execution time through the optimizations performed by the present work.