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Tipo do documento: Dissertação
Título: Integração da tecnologia CUDA ao modelo de previsão do tempo Eta
Título(s) alternativo(s): Integration of CUDA technology with the Eta weather model
Autor: Flores, Henrique Gavioli 
Primeiro orientador: Rebonatto, Marcelo Trindade
Resumo: Objetivo: Esta dissertação tem por objetivo principal realizar a implementação da tecnologia CUDA, para processamento de dados, no modelo de previsão do tempo Eta, buscando reduzir seu tempo de execução. Materiais e Métodos: É apresentado um estudo sobre os modelos de previsão e a linguagem Fortran, a qual foi utilizada para a escrita do Eta. A forma de realização do processamento do modelo Eta foi estudada e mapeada, indicando que o processamento dos dados se dá pela divisão de tarefas MPI em dois grupos: servidores de I/O, responsáveis pelo armazenamento dos dados gerados, e processos de previsão, que computam cada parte da área a ser prevista. Foi realizada uma análise do código, buscando identificar atividades computacionalmente intensivas, com o intuito de identificar pontos se poderia aplicar mais de um nível de paralelismo. Após definido um modelo de paralelismo de dois níveis, de paralelismo, foi escolhida a tecnologia CUDA para tentar obter um ganho de desempenho sem alterar a lógica utilizada pelo modelo. Resultados: O modelo foi implementado usando CUDA, sendo escolhidos quatro pontos de maior complexidade de código e tempo de execução para implementar o segundo nível de paralelismo. Foram realizadas 20 repetições para diversas combinações de números de processos, horas a serem previstas, tamanho de área da previsão e se foi utilizado ou não CUDA. Os resultados obtidos foram analisados usando os testes de Kolmogorov-Smirnov, Shapiro-Wilk, Teste de Levene e Teste-T, para verificar a distribuição dos dados das repetições e a significância dos dados resultantes. Discussão dos resultados: Na análise dos resultados observou-se um ganho significativo fazendo uso de CUDA integrado ao modelo, apesar de em alguns casos ocorrer uma piora do desempenho, porém, os testes realizados ocorrem em ambientes computacionais não próprios para experimentos de aplicações de alto desempenho, podendo assim prejudicar os resultados gerados. Conclusões: Pode-se afirmar que esta dissertação contribuiu para uma melhora do modelo Eta. O conhecimento obtido servirá como base de novos trabalhos que envolvam o modelo. Ressalta-se que devido à indisponibilidade de um ambiente computacional otimizado para aplicações de alto desempenho tornam-se necessários novos testes e ampliar os benefícios que podem ser obtidos fazendo uso da tecnologia CUDA em conjunto com MPI no modelo Eta de previsão do tempo.
Abstract: Objective: The main objective of this dissertation is to implement the CUDA technology for data processing in the Eta weather model in order to reduce its execution time. Methods and Materials: A study on the prediction models and the Fortran language was presented, which was used for the writing of the Eta. The Eta model processing was studied and mapped, indicating that the data processing is done by dividing the MPI tasks into two groups: I / O servers, responsible for storing the generated data, and forecasting processes, which compute each part of the area to be predicted. A code analysis was performed to identify computationally intensive activities, in order to identify points if more than one level of parallelism could be applied. After defining a two-level parallelism model, CUDA technology was chosen to try to obtain a performance gain without changing the logic used by the model. Results: The model was implemented using CUDA, being chosen four points of greater complexity of code and execution time to implement the second level of parallelism. Twenty replicates were performed for various combinations of process numbers, hours to be predicted, size of the forecast area, and whether or not CUDA was used. The results were the distribution of the replicate data and the significance of the resulting data. Discussion of the results: In the analysis of the results a significant gain was observed, making use of CUDA integrated to the model, although in some cases a performance worsening occurs, however, the tests performed occur in computational environments not suitable for experiments of high applications performance, and may therefore harm the results generated. Conclusions: It can be stated that this dissertation contributed to the improvement of the Eta model. The knowledge obtained will serve as a basis for new work involving the model. It is emphasized that due to the unavailability of an optimized computing environment for highperformance applications, new tests and the benefits that can be obtained using CUDA technology in conjunction with MPI in the Eta model of weather are required.
Palavras-chave: Arquitetura de computador
Meteorologia
Programação paralela (Computação)
Programas de computador
Área(s) do CNPq: CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade de Passo Fundo
Sigla da instituição: UPF
Departamento: Instituto de Ciências Exatas e Geociências – ICEG
Programa: Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
Citação: FLORES, Henrique Gavioli. Integração da tecnologia CUDA ao modelo de previsão do tempo Eta. 2018. 116 f. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.upf.br/jspui/handle/tede/1466
Data de defesa: 27-Mar-2018
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada

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