Show simple item record

Efficient Parallel Computing on Heterogeneous Systems in Structural Mechanics



dc.contributor.advisorPatzák Bořek
dc.contributor.authorMichal Bošanský
dc.date.accessioned2020-06-17T09:19:11Z
dc.date.available2020-06-17T09:19:11Z
dc.date.issued2020-06-17
dc.identifierKOS-421780989205
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10467/88077
dc.description.abstractSoučasný vývoj v oblasti počítačového hardwaru přináší nové možnosti v numerickém modelování. Současným technologickým trendem v paralelním výpočtu, který je založen na současném využívání paralelních víceprocesorových jednotek k řešení daného problému. Mnoho inženýrských problémů vede k výpočetně velkým a časově náročným výpočetním problémům. Řešení těchto problémů s využitím paralelního počítaní může výrazně snížit čas řešení úlohy s efektivnějším využitím dostupného hardwaru. Práce se zabývá hodnocením různých paralelních strategií v konečně prvkovém softwaru. První část práce se zabývá hodnocením řešení a implementace různých paralelních strategií pro sestavovací operace pro vektory pravých stran a matic, které jsou jednou z kritických operací v jakýmkoliv konečně prvkovém programu. Metoda konečných prvků vede k souboru algebraických rovnic, které jsou složeny z jednotlivých elementárních příspěvků. Jsou navrženy a vyhodnoceny různé strategie pro sestavování vektorů pravých stran a matic a jsou založené na systémech s modelem sdílené paměti. Hlavním problémem v paralelním řešení je zabránit jevu "race-conditions", kde stejné místo paměti má být aktualizováno více podprocesy. Cílem následující části doktorské práce je zhodnotit výkonnost existujících sériových a paralelních řešičů soustav lineárních rovnic, jako další část řešení v konečně prvkovém programu. V této části studujeme rozdíly mezi sériovým a paralelním řešením s využitím různých typů řešení rovnic. Paralelní přístup využívající různé typy paměťových modelů, které jsou reprezentovány jako sdílený nebo distribuovaný paměťový model je prezentov8n. Poslední část práce se zabývá laděním paralelního frameworku pro vyvažování zátěže jako součást procesu paralelního řešení v softwaru konečných prvků. Paralelní rámec je založen na paradigmatu rozkladu domén. Schopnost, efektivita a výkonnost všech implementovaných paralelních přístupů je testována na problémech z mechaniky tuhých těles a získané výsledky jsou diskutovány v dizertační práci. Ukázalo se, že výkon implementovaných paralelních algoritmů je srovnatelný nebo lepší než sériové výpočty, které dříve navrhli jiní výzkumníci s využitím algoritmů se zřetelem na optimální výkon dostupného hardwaru. Paralelní techniky využívající moderní počítače s distribuovaným paměťovým modelem navíc umožňují řešení velkých a složitých problémů.cze
dc.description.abstractDevelopments in computer hardware are currently bringing new opportunities for numerical modelling. The current trend in technology is parallel processing and making use of multiple processing units simultaneously to solve a given problem. Many engineering problems lead to extensive and time consuming computational problems. Solutions to these problems using parallel computing can significantly reduce computational time by using the available hardware more efficiently. Parallel techniques using modern computers with a distributed memory model also enable large and complex problems to be solved. This thesis evaluates different parallelization strategies in finite element software. The first part of the thesis examines assembly evaluation of different parallelization strategies in assembly operations for right-hand side vectors and left-hand side system matrices, which are one of the critical operations in any finite element software. The finite element method leads to a set of algebraic equations whose components are assembled from individual element contributions. Different strategies for assembling right-hand side vectors and left-hand side matrices using systems with shared memory models are proposed and evaluated. The principal issue in parallel assembly is to prevent the race conditions where the same memory location is updated by multiple threads. The aim of the next section of the thesis is to evaluate the performance of existing serial and parallel linear equation solvers in solving a large-scale, sparse, non-symmetric system of linear equations as a part of the solution in finite element software. In this section, the differences between a sequential and parallel solution using different equation solver types are studied. The parallel method uses different memory model types that are represented as shared or distributed memory models. The final section of the thesis deals with tuning a parallel load balancing framework as a part of the parallel solving process in finite element software. The parallel framework was based on a domain decomposition paradigm. The capabilities, efficiency, and performance of all implemented parallel methods are tested on problems in solid mechanics, and the obtained results are discussed. The results showed that the performance of implemented parallel algorithms is comparable to or better than serial computations previously designed by other researchers using algorithms with the non-optimally performing hardware available at the time.eng
dc.publisherČeské vysoké učení technické v Praze. Vypočetní a informační centrum.cze
dc.publisherCzech Technical University in Prague. Computing and Information Centre.eng
dc.rightsA university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmleng
dc.rightsVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlcze
dc.subjectMetoda konečných prvkůcze
dc.subjectparalelní výpočetcze
dc.subjectmodel sdílené paměticze
dc.subjectmodeldistribuované paměticze
dc.subjectsestavení matice / vektorucze
dc.subjectsoustava rovniccze
dc.subjectvyrovnávání zátěžecze
dc.subjectFinite element methodeng
dc.subjectparallel calculationeng
dc.subjectshared memory modeleng
dc.subjectdistributed memory modeleng
dc.subjectmatrix / vector assemblyeng
dc.subjectsystem of equationseng
dc.subjectload balancingeng
dc.titleEfektivní Paralelní Výpočty na heterogenních systémech ve stavební mechanicecze
dc.titleEfficient Parallel Computing on Heterogeneous Systems in Structural Mechanicseng
dc.typedisertační prácecze
dc.typedoctoral thesiseng
dc.contributor.refereeNovák Martin
theses.degree.disciplineKonstrukce a dopravní stavbycze
theses.degree.grantorkatedra mechanikycze
theses.degree.programmeStavební inženýrstvícze


Files in this item





This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record