Matheus Alves de Medeiros Lara
Resumo
O processamento sísmico demanda um grande volume de dados e um alto refinamento dos métodos, tornando as execuções seriais dos programas de
processamento sejam lentas ou inviáveis. Este trabalho apresenta a paralelização de um algoritmo de propagação da onda acústica 2D utilizando MPI, que serve como um
estudo inicial para o uso da equação da onda no processamento 3D. São focadas duas questões na paralelização: a capacidade de tratar grandes volumes de dados e a redução
do tempo de processamento de execução de um programa. O uso do MPI e da técnica de Decomposição do Domínio são essenciais para tanto para lidar com um grande
volume de dados, quanto para reduzir o tempo de execução de um problema que não exibe paralelismo de tarefas. O domínio em questão é o modelo de velocidades, que
contém as informações das velocidades de propagação da onda acústica em um certo meio geológico. Desta forma, o modelo foi dividido em faixas verticais e de forma
híbrida, ou seja, tanto com cortes verticais quanto horizontais. Para a divisão híbrida foram comparados dois critérios, o da Fatoração Central (FC), que se inspira numa
escolha instintiva para dividir o domínio, e o da Menor Interface (MI), que busca, para um número fixo de dados, realizar a menor quantidade de comunicação possível, já que
esta torna o programa lento. Também foi estudado o beneficio de se valer da topologia da máquina na hora de atribuir partes do domínio aos processos. Um modelo 2D de
escalas não-realísticas, porém com uma quantidade de dados equivalente a um problema 3D geofísico típico foi usado para demonstrar que a paralelização permite que
seja usado um grande volume de dados. Por fim, as curvas de speedup e eficiência foram obtidas e constatou-se que usar o critério MI para a divisão híbrida se valendo da
topologia da máquina é a melhor forma de se paralelizar o algoritmo em questão, revelando que o Critério da Menor Interface com restos distribuídos (MID) é o mais
eficiente.
Abstract
Seismic processing demands a great amount of data and sophisticated methods what makes the serial execution of the processing programs too long or even unfeasible.
This work presents the parallelization of an acoustic 2D wave equation solver algorithm using MPI, envisioning it as a previous study for the use of the 3D wave equation in 3D
seismic processing. Two points are focused: the capacity of dealing with a great amount of data and the reduction of the program’s execution time. The use of MPI and the
Domain Decomposition technique are essential as much as to deal with the size of the data as it is to reduce the execution time of an algorithm that does not exhibit a task
parallelism. The so called domain to be decomposed is the velocity model that contains the information about the velocities of the wave field in a geological media. Thus, the
model was divided in vertical strips and in a hybrid form. For the hybrid division two criteria were compared, the Central Decomposition (FC, in Portuguese), that is inspired
in instinctively choice, and the Less Interface (MI, in Portuguese), that is based on finding the division that provides the smaller amount of communication, once the data
per process is fixed. The benefit of using the parallel topology of the machine in order to distribute parts the domain to processes was also studied. A 2D model of non-realistic
scale was used to show that the parallelization allows the program to process a larger amount of data. In the end, the speedup and efficiency curves were obtained and the
conclusion was that the MI criteria for hybrid decomposition using the machine’s topology was the best strategy to parallelize the presented algorithm, revealing that the
Less Interface Criteria with distributed rests (MID, for the Portuguese acronym) is the most efficient.
