The solution of large-scale electromagnetic problems with MLFMA on single-GPU systems
Büyük ölçekli elektromanyetik problemlerin ÇSHÇY ile tekli-GİB sistemlerinde çözümü
- Tez No: 708833
- Danışmanlar: PROF. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK, DR. BARIŞCAN KARAOSMANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler, yüksek performanslı işlem gücüne sahip birçok yeni donanım altyapısını beraberinde getiriyor. Son yıllarda grafik işlem birimi (GİB), yüksek güçteki paralel işlem kapasitesi ve yeni programlama sistemlerine uyumlu kolay kodlama yapısı nedeniyle hesaplamalı mühendislik alanlarında kullanılan popüler seçeneklerden biri olmuştur. Büyük ölçekli elektromanyetik (EM) saçılma problemlerinin geleneksel yöntemlerle tam dalga çözümü, çok yoğun hesaplama işlemlerine sahiptir ve bu nedenle, özellikle pratik ve endüstriyel uygulamalar için ek donanım hızlandırmaları vazgeçilmez bir talep haline gelir. Bu bağlamda, çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (ÇSHÇY) gibi tam dalga elektromanyetik çözücülerin GİB uygulaması, son on yılda literatürde bir yönelim göstermiştir. Bununla birlikte, tam dalga çözücülerle büyük ölçekli EM saçılım problemlerini GİB'lerde uygulamanın birçok kısıtlama ve zorluğu vardır. Sınırlı rasgele erişimli bellek (REB) kapasiteleri ve veri iletim gecikmeleri başlıca kısıtlamalardır. Bu çalışmada, ÇSHÇY ile tek GİB'li sistemlerde elektriksel olarak büyük boyutlu problemleri çözebilmek ve farklı uygulama yaklaşımlarını dikkate alarak makul hızlanmalar elde edebilmek için GİB'lerin REB kısıtlamasını aşmak için bir matris bölümleme şeması öneriyoruz. Bu amaçla, ÇSHÇY 'nin her aşamasının uyumluluğunu kontrol etmek için GİB'in Tek Komutlu-Çoklu Veri (TKÇV) yapısı dikkate alınır. Ayrıca, veri aktarımının ve cihaz gecikmesinin genel etkisini en aza indirmek için farklı ÇSHÇY operatörleri GİB ölçeğinde hassas olarak ayarlanmıştır. Ön analizler, REB kısıtlamasının ortadan kaldırılmasının yanı sıra, ÇSHÇY 'nin farklı bölümleri için önemli zaman verimlerinin elde edilebileceğini göstermektedir. Sayısal sonuçlar, GİB kısıtlamaları için önerilen çözümümüzün genel verimliliğini gösterir ve ayrıca elektriksel olarak büyük kanonik geometrileri ve bir uçak ve bir füze geometrisi gibi gerçek hayat hedeflerini içeren büyük ölçekli EM problemlerinin çözümü için beklenen hızlanmaları doğrular.
Özet (Çeviri)
Advancements in computer technology introduce many new hardware infrastructures with high-performance processing powers. In recent years, the graphics processing unit (GPU) has been one of the popular choices that have been being used in computational engineering fields because of its massively parallel processing capacity and its easy coding structure compatible with new programming systems. The full-wave solution of large-scale electromagnetic (EM) scattering problems with traditional methods has very dense computational operations, and thus additional hardware accelerations become an indispensable demand, especially for practical and industrial applications. In this context, the GPU implementation of full-wave electromagnetic solvers such as multi-level fast multiple algorithm (MLFMA) has shown a trend in the literature for the last decade. However, the GPUs also have many restrictions and bottlenecks when implementing large-scale EM scattering problems with full-wave solvers. Limited random-access-memory (RAM) capacities and data transmission delays are the major bottlenecks. In this study, we propose a matrix partitioning scheme to overcome the RAM restriction of GPUs to be able to solve electrically large size problems in single-GPU systems with MLFMA while acquiring reasonable accelerations by considering different implementation approaches. For this purpose, the Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) structure of GPU is considered for each stage of the MLFMA to check its compatibility. In addition, different operators of MLFMA are fine-tuned on the GPU scale to minimize the overall effect of data transfer and device latency. The preliminary analyses show that significant time efficiencies can be obtained for the different parts of MLFMA as well as eliminating the RAM restriction. The numerical results demonstrate the overall efficiencies of our proposed solution for the bottlenecks of GPU and also validate the expected accelerations for the solution of large-scale EM problems involving electrically large canonical geometries and real-life targets such as an aircraft and a missile geometry.
Benzer Tezler
- Large-scale solutions of electromagnetics problems using the multilevel fast multipole algorithm and physical optics
Çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi ve fiziksel optik ile büyük ölçekli elektromanyetik problemlerin çözümleri
MERT HİDAYETOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER İLDAY
- Accurate and efficient solutions of electromagnetics problems with the multilevel fast multipole algorithm
Elektromanyetik problemlerin çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemiyle doğru ve verimli çözümleri
ÖZGÜR SALİH ERGÜL
Doktora
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. LEVENT GÜREL
- Effective preconditioners for iterative solutions of large-scale surface-integral-equation problems
Büyük ölçekli yüzey integral denklemi problemlerinin iteratif çözümleri için etkin öniyileştiriciler
TAHİR MALAS
Doktora
İngilizce
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT GÜREL
- Application of characteristic basis function method for scattering from and propagation over terrain profiles
Karakteristik temel fonksiyonu metodu ile arazi kesitlerinde dalga yayınımı ve saçılımı uygulamaları
ATACAN YAĞBASAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. VAKUR B. ERTÜRK
