Numerická simulace šíření tepla s využitím GPU

Abstract

Tato práce se zabývá numerickou simulací šíření tepla v lidských tkáních. Navržený algoritmus pracuje s metodou konečných diferencí v časové doméně (FDTD), kterou aplikuje na řídící rovnici popisující tento systém. Pro implementaci je využito moderní grafické karty, jejíž výkon je porovnán s efektivní implementací na vícejádrovém procesoru. Výstupem práce je sada několika rozdílně optimalizovaných algoritmů pro grafické karty firmy NVIDIA. Experimentální výsledky ukazují, že využití sdílené paměti je v tomto případě kontraproduktivní a nejlepšího výsledku dosáhl algoritmus založený na registrech. Celkové zrychlení dosažené pomocí karty NVIDIA GeForce GTX 580 vzhledem k 4 jádrovému procesoru Intel Core i7 920 činí 18,5, což koresponduje s teoretickými možnostmi obou architektur.This thesis deals with the simulation of heat diffusion in human tissues. The proposed algorithm uses a finite-difference time-domain method, which is applied on the governing equation describing the system. A modern graphics card is used to accelerate the simulation. The performance achieved on the GPU card is compared with the implementation exploiting a modern multicore CPU. The output of this thesis is a set of differently optimized algorithms targeted on NVIDIA graphics cards. The experimental results reveal that the use of shared memory is contraproductive and the best performance is achieved by a register based implementation. The overall speedup of 18.5 was reached when comparing a NVIDIA GeForce GTX 580 with a quad-core Intel Core i7 920 CPU. This nicely corresponds with the theoretical capabilities of both architectures.