EPANET de alto desempenho. Computação paralela em GPU

Título:

EPANET de alto desempenho. Computação paralela em GPU

Resumo:

O estudo do funcionamento dos sistemas de abastecimento de água é frequentemente realizado através da exploração de um modelo do sistema. O nível de pormenor de um modelo (i.e., o número de elementos incluídos) deve estar ajustado ao objectivo pretendido. Quanto mais completo for o modelo, mais tempo de computação é necessário para a obtenção de resultados numéricos da simulação. Actualmente, com a progressiva consciencialização da vulnerabilidade dos sistemas de abastecimento de água a eventuais contaminações (intencionais ou não), assiste-se a uma procura de modelos computacionais mais completos de modo a suportar estudos da qualidade da água, estudos epidemiológicos, identificação de origens de contaminação, localização de estações de recloragem, etc., os quais requerem cada vez mais poder computacional. As evoluções tecnológicas da última década, em especial a introdução de arquitecturas multi-núcleo (multi-core CPU e GPU) nos computadores desktop, capazes de potenciar o processamento eficiente de grandes quantidades de dados colocaram, praticamente sem custos adicionais, um elevado poder de cálculo ao dispor dos utilizadores, exigindo ―apenas‖ a adaptação dos programas existentes de modo a tirarem proveito dessas novas capacidades. O EPANET é um software de domínio público que permite efectuar a modelação hidráulica e da qualidade da água em sistemas sob pressão. As equações que descrevem a rede do sistema de abastecimento do ponto de vista hidráulico (leis da conservação da massa e da energia) são não-lineares, não podendo ser resolvidas directamente. O EPANET emprega uma variante do método de Newton-Raphson para a resolução das equações hidráulicas. A matriz resultante da linearização do sistema é esparsa, simétrica e definida positiva. O EPANET é um programa sequencial (uma só thread), não estando adaptado para tirar proveito do paralelismo proporcionado pelas arquitecturas multi-núcleo. Neste trabalho apresenta-se uma adaptação do EPANET de modo a usar a GPU (NVIDIA GTX 280) para resolver o sistema de equações lineares. Os resultados são analisados para diferentes dimensões do modelo.

Autores:

José Alfeu A. Sá Marques, João Manuel S. F. Muranho, Ana Maria S. Ferreira, Abel João P. Gomes

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