Discontinuous Galerkin code optimization on hybrid computer : application to the numerical simulation in electromagnetism

Optimisation de code Galerkin discontinu sur ordinateur hybride : application à la simulation numérique en électromagnétisme

Bruno Weber (1)

1 IRMA - Institut de Recherche Mathématique Avancée

In this thesis, we present the evolutions made to the Discontinuous Galerkin solver Teta-CLAC – resulting from the IRMA-AxesSim collaboration – during the HOROCH project (2015-2018). This solver allows to solve the Maxwell equations in 3D and in parallel on a large amount of OpenCL accelerators. The goal of the HOROCH project was to perform large-scale simulations on a complete digital human body model. This model is composed of 24 million hexahedral cells in order to perform calculations in the frequency band of connected objects going from 1 to 3 GHz (Bluetooth). The applications are numerous: telephony and accessories, sport (connected shirts), medicine (probes: capsules, patches), etc. The changes thus made include, among others: optimization of OpenCL kernels for CPUs in order to make the best use of hybrid architectures; StarPU runtime experimentation; the design of an integration scheme using local time steps; and many optimizations allowing the solver to process simulations of several millions of cells.

Nous présentons dans cette thèse les évolutions apportées au solveur Galerkin Discontinu Teta-CLAC, issu de la collaboration IRMA-AxesSim, au cours du projet HOROCH (2015-2018). Ce solveur permet de résoudre les équations de Maxwell en 3D, en parallèle sur un grand nombre d'accélérateurs OpenCL. L'objectif du projet HOROCH était d'effectuer des simulations de grande envergure sur un modèle numérique complet de corps humain. Ce modèle comporte 24 millions de mailles hexaédriques pour des calculs dans la bande de fréquences des objets connectés allant de 1 à 3 GHz (Bluetooth). Les applications sont nombreuses : téléphonie et accessoires, sport (maillots connectés), médecine (sondes : gélules, patchs), etc. Les évolutions ainsi apportées comprennent, entre autres : l'optimisation des kernels OpenCL à destination des CPU dans le but d'utiliser au mieux les architectures hybrides ; l'expérimentation du runtime StarPU ; le design d'un schéma d'intégration à pas de temps local ; et bon nombre d'optimisations permettant au solveur de traiter des simulations de plusieurs millions de mailles.

Mots clés: Local time step; Adaptive spatial order; Complete human body model; Connected objects; Bluetooth; Solver; Maxwell; Electromagnetism; Hyperbolic system; Discontinuous Galerkin; DG; DGTD; Mesh; Hexahedrons; GPU; CPU; OpenCL; MPI; StarPU

Mots clés: Solveur; Électromagnétisme; Système hyperbolique; Galerkin Discontinu; GD; GDTD; Maillage; Hexaèdres; Pas de temps local; Ordre spatial adaptatif; Modèle de corps humain complet; Objets connectés

Domaines: Informatique et langage [cs.CL]; Modélisation et simulation; Electromagnétisme

Bruno Weber. Optimisation de code Galerkin discontinu sur ordinateur hybride : application à la simulation numérique en électromagnétisme. Informatique et langage [cs.CL]. Université de Strasbourg, 2018. Français. ⟨NNT : 2018STRAD046⟩. ⟨tel-01911261v3⟩