Análise de benefícios do paralelismo por comunicação unilateral em aplicações com grades não estruturadas

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Lopes, Pedro Pais
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: CAF; Grades não estruturadas; MPI; OLAM; Paralelismo; Parallelism; Sincronismo; Speed-up; Syncronism; Unstructured grids
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-10092010-114051/

A computacao paralela, empregada no meio cientifico para resolucao de problemas que de- mandam grande poder computacional, teve nos ultimos anos o surgimento de um novo tipo de comunicacao entre instancias do paralelismo. Trata-se da Comunicacao Unilateral (CUL), onde somente uma instancia realiza a operacao de transferencia de informacoes, e esta ocorre em segundo plano, ao contrario da Comunicacao Bilateral (CBL), onde uma instancia envia a informacao e a outra recebe. Neste contexto se buscou analisar os beneficios que a CUL agrega ao paralelismo de um programa que se utiliza de uma grade nao estruturada em me- moria. Duas formas de apoio ao paralelismo foram utilizadas: uma biblioteca, a \"Message Passing Interface\" (MPI) (especificamente a sua parte que descreve a CUL), e uma extensao a linguagem Fortran, o Coarray Fortran (CAF). A semantica do MPI CUL e mais complexa que a do CAF, mas a do CAF e mais restritiva. Para analisar a semantica e desempenho da CUL foi realizada uma ambientacao utilizando MPI CUL e CAF no paralelismo de um programa simples, denominado jogo da Vida (Game of Life), com grade estruturada e com otimo desempenho paralelo atraves do MPI CBL. Na programacao o MPI CUL se mostrou verborragico (aumento do numero de linhas de codigo) e complexo, principalmente quando se utiliza um controle refinado de sincronismo entre as imagens. Ja o CAF reduziu o nu- mero de linhas de codigo (entre 20% e 40%), e o sincronismo e muito mais simples. Os resultados mostraram uma piora no desempenho no caso do MPI CUL, mas para o CAF o desempenho absoluto foi melhor que a implementacao original ate o numero de nucleos de processamento que compartilham a mesma memoria. Para grades nao estruturadas se utilizou o Ocean Land Atmospheric Model (OLAM), um modelo de simulacao do sistema terrestre com grade baseada em prismas triangulares, paralelizado atraves de MPI CBL. A implementacao da comunicacao por MPI CUL na estrutura do paralelismo existente mos- trou que esta semantica possui alguns pontos que podem prejudicar a programacao, como o tratamento da exposicao de memoria (cada instancia tem uma memoria exposta de tamanho diferente) e como e realizado o sincronismo entre as instancias. Em termos de desempenho as curvas de speed-ups mostraram que o MPI CUL prejudicou o OLAM independentemente da implementacao das bibliotecas ou do equipamento utilizado, com reducao de pelo menos 20% no speed-up para sete ou mais processadores. Assim como no jogo da Vida o MPI com comunicacao unilateral penalizou o desempenho.