CUDA Programlama Aracı Kullanılarak Grafik Kartlarında Paralel Çalışacak Sonlu Eleman Tabanlı Akış Çözücüsü Geliştirilmesi

2014-01-01
Son yıllarda grafik kartlarının (GPU) performanslarının ana işlemci (CPU) performanslarına göre çok daha hızlı artması ve bu kartların bilimsel hesaplama için kullanılmasını kolaylaştıran programlama araçlarının geliştirilmesi ile birlikte GPU’lar yüksek başarımlı bilimsel hesaplama ihtiyaçları için önemli bir alternatif olmuş ve popüler araştırma konuları arasına girmiştir. Akışkanlar mekaniği alanında çalışan araştırmacılar, paralelleştirme potansiyeli çok yüksek olan Lattice Boltzmann ve Sürekli Olmayan Galerkin gibi metotların GPU üzerinde programlanması ile CPU'larda çalışan kodlara göre 10'larca kata varan hız artışları elde edebilmişlerdir. Ancak sonlu hacim ve özellikle sonlu eleman metodu tabanlı akış çözücülerinin GPU üzerinde paralel çalıştırılması ile ilgili çalışmalar literatürde çok az sayıdadır. Bu proje çalışması Sonlu Eleman Metodu temelli bir akış çözücüsünün GPU üzerinde paralel çalışacak biçimde geliştirilmesini kapsamaktadır. GPU üzerinde paralel programlama için NVIDIA firmasının 2007 yılında geliştirdiği CUDA (Compute Unified Device Architecture) programlama aracı kullanılmış ve üç boyutlu, laminer, sıkıştırılamayan, ısı transferi içermeyen akışlar çalışılmıştır. Denklemlerin ayrıştırılmasında 3 farklı algoritma denenmiş ve bu raporda kademeli adım (fractional step) algoritmasının detayları ve verdiği sonuçlar sunulmuştur. Geliştirilen çözücünün doğruluğu ve çözüm süresi açısından performansı 2 farklı klasik test problemi kullanılarak gösterilmiştir. Kademeli adım tekniğinin her bir aşamasının CPU ve GPU’da aldığı süreler incelenmiş ve GPU’ya transfer edilebilen kısımların 700 bin ile 5.5 milyon arasında bilinmeyen içeren ağlarda yapılan denemelerde CPU’da çok izlekli (multi thread) çalışan koda göre 1.1 – 1.7 kat arası hızlanma gösterdiği tespit edilmiştir. Kayan noktalı sayıların tek hassasiyetli depolanması durumu özel olarak incelenmiş ve bu durumda çözüm doğruluğunda bir kötüleşme tespit edilmemekle birlikte, GPU-CPU hız karşılaştırmasının GPU lehine kaydığı görülmüştür. Geliştirilen çözücü eşlenikli ısı transferi de içeren problemlerinin çözümüne başarı ile uygulanmıştır.

Suggestions

C++ derleyicisi kullanılarak iki boyutlu sıkıştırılabilen akışlar için bir euler çözücüsünün geliştirilmesi
Aksel, Haluk M.(1995)
Ses altı, ses etrafı ve ses üstü tuzlardaki iki boyutlu sıkıştınlabilen akışkanlar için C++ bilgisayar dilinde etkileşimli bir Euler çözücüsü geliştirilmiştir. Bu yazılım daha önceden hesaplama ağı oluşturulmuş bir problem için çeşitli sınır şartlarının etkileşimli olarak uygulanabilmesine imkan tanımıştır. Çözüm yöntemleri olarak, sonlu fark, sonlu eleman ve sonlu hacim yöntemleri kullanılmış ve bunların ekrandan etkileşimli olarak seçimi mümkün olmuştur. Yinelemeler sırasında çözümün gelişmesinin ekrandan...
Büyük Oranda Şekil Değiştirebilen Bir Hibrid Firar Kenarı Kontrol Yüzeyinin Tasarımı ve Analizleri
İlhan Ozan, Tunçöz; Yosheph, Yang; Gürses, Ercan; Şahin, Melin; Özgen, Serkan; Yaman, Yavuz (2015-10-23)
It is envisioned that the fully morphing wings and/ or control surfaces, as they can increase the aerodynamic efficiency of the airplanes in every phases of the flight, could play significant role in the reduction of pollution in environment and also make airplanes always fuel efficient. In this study, the design and analyses of a fully morphing trailing edge control surface, which is developed within the scope of CHANGE Project, are presented. The Project was a 7th Framework Programme Project of European C...
Çift Fazlı Çeliklerin Şekillendirilmesi Sırasındaki Hasar Oluşumunun İncelenmesi
Efe, Mert; Şimşir, Caner(2020-01-15)
Bu projede, çift fazlı çeliklerin sekillendirilmesi esnasındaki hasar olusumunu daha dogru ve ayrıntılı bir biçimde analiz etmek amaçlanmıstır. Sekillendirme islemlerinde olusan yüksek sıcaklık ve gerinim hızlarında hasarın daha fazla olacagı hipotezinden yola çıkılarak, bu kosullar altında hasar parametreleri incelenmistir. Esneklik katsayısının hassas bir biçimde ölçülememesinden kaynaklı hasar parametresindeki hata oranını minimuma indirilmistir. Hasar olusumu aynı zamanda mikro bosluk olusumu ile i...
USING THE NEURAL NETWORK ALGORITHMS TO ESTIMATE THE THERMAL STRESSES OF POWER ELECTRONIC DEVICES AS FUNCTION OF DESIGN PARAMETERS
Odeh, Nemer; Batunlu, Canras; Electrical and Electronics Engineering (2021-8)
The demand for high power rating applications is increasing rapidly. The essential components needed to fulfill these demands are power electronic devices and circuits such as IGBTs, diodes, rectifiers, inverters, and DC-DC converters. However, these components usually are sensitive to parameter changes and can face significant failures if we don’t examine our system component’s reliability well. The traditional approaches to calculating the failure-tolerant capability in power electronic systems are r...
Atmosferik geçiş yapan araç etrafında navier- stokes denklemleri ile üç boyutlu hipersonik akış analizi
Özgün, Muharrem; Eyi, Sinan (2014-06-01)
Bu çalışmada hipersonik akışlar için kullanılabilecek isabetli ve etkin bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği kodu geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Akış analizi üç boyutlu Navier-Stokes denklemlerini temel almaktadır. Bu denklemler Newton metoduyla çözülmekte ve Jacobian matrislerini hesaplamak için analitik metot kullanılmaktadır. Model olarak alınan AS-202 Apollo uzay aracı geometrisi üzerinde akış parametreleri ve taşınımla ısı transferi analiz edilecektir. Ayrıca nümerik olarak stabil olan ve genelde hiper...
Citation Formats
C. Sert and C. --, “CUDA Programlama Aracı Kullanılarak Grafik Kartlarında Paralel Çalışacak Sonlu Eleman Tabanlı Akış Çözücüsü Geliştirilmesi,” 2014. Accessed: 00, 2022. [Online]. Available: https://hdl.handle.net/11511/95844.