Schirley Corrêa Jorge
Orientador(es)
Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo Coutinho
José Jerônimo Camata
Resumo
A modelagem precisa de propagação da onda sísmica em meios complexos é extremamente importante no processamento sísmico. Estes demandam muitos recursos e tempo de processamento, portanto, precisam de sistemas paralelos escaláveis para produzir resultados em tempo hábil. Este trabalho descreve uma implementação paralela de um modelo de propagação de onda acústica 3D, que emprega o Método de Diferenças Finitas (MDF) com aproximações de 8a ordem no espaço e de segunda ordem no tempo. A implementação utiliza modelo híbrido MPI/OpenMP onde a decomposição de domínio é realizada via MPI e o OpenMP é usado para paralelizar o cálculo do stencil em cada processo MPI. Este trabalho também apresenta a análise de desempenho do algoritmo de propagação de onda utilizando ferramentas de medição de desempenho. Essas ferramentas fornecem informações sobre a e cácia da estratégia de decomposição de domínio, uso de paralelismo de threads e uso de unidades funcionais nos núcleos computacionais. Aplicando os conhecimentos obtidos a partir do Tuning and Analysis Utilities (TAU) e contadores de desempenho de hardware foi possível alterar a estratégia SCHEDULE OpenMP, aumentando o desempenho da aplicação em 21%, sobrepor a comunicação com a computação, proporcionando um ganho de desempenho de aproximadamente 9,70% e realizar otimização do stencil, que aumentou o desempenho do código de modelagem sísmica em cerca de 7,30%. Todas as otimizações aumentaram o desempenho do código em aproximadamente 50%. Este trabalho também apresenta um estudo de escalabilidade, mostrando que o algoritmo paralelo possui escalabilidade forte com melhor e ciência para malhas su cientemente grandes.
Abstract
Accurate modeling of seismic wave propagation in complex media is extremely important for many seismic processing algorithms. These algorithms are computationally expensive, so they need scalable parallel systems to produce results in a timely manner. This work describes a parallel implementation of a 3D acoustic wave propagation model, that employs the Finite Dierence Method (FDM) with 8th-order in space and second order in time. The implementation uses hybrid MPI/OpenMP where the domain decomposition is performed via MPI and OpenMP is used to parallelize the stencil computation in each MPI process. This work also presents the wave propagation algorithm performance analysis using performance measurement tools. These tools provide insights about the domain decomposition strategy eectiveness, use of thread parallelism and use of the computational functional unit cores. Applying the insights obtained from the Tuning and Analysis Utilities (TAU) and hardware performance counters it was possible to change the SCHEDULE OpenMP strategy, increasing by 21% application performance, to overlap communication with computation, providing a performance gain of approximately 9.70% and to perform stencil optimization, which increased the performance of the seismic modeling code in about 7.30%. All optimizations increase code performance by roughly 50%. This work also presents a scalability study, showing that the parallel algorithm has strong scalability with better e ciency for su ciently large meshes.
