Simulation de la dynamique des dislocations à très grande échelle

Hybrid parallelism on large scale dislocation dynamic simulation

• Auteur / Autrice : Arnaud Etcheverry
• Direction : Olivier Coulaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 23/11/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique - HiePACS - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche Inria de l'université de Bordeaux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Louis Vignoles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Dupuy, Laurent Colombet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François-Xavier Roux, Marc Fivel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul intensif (informatique)

Mémoire partagée répartie

Parallélisme (informatique)

Simulation par ordinateur

Dislocations dans les métaux

Mots clés libres

Dynamique des dislocations

Scalabilité

MPI

Mémoire distribuée

OpenMP

Mémoire partagée

Parallélisme hybride

Méthode multipôle rapide

Hiérarchie mémoire

Structure de données

Problème à N-corps

Simulation

Scalability

MPI

Distributed memory

Shared memory

OpenMP task

Hybrid

Parallelism

Fast Multipol method

Memory hierarchie

Cache efficient

Data structure

N-body problem

3D

Dislocation dynamics

Résumé

Le travail réalisé durant cette thèse vise à offrir à un code de simulation en dynamique des dislocations les composantes essentielles pour permettre le passage à l’échelle sur les calculateurs modernes. Nous abordons plusieurs aspects de la simulation numérique avec tout d’abord des considérations algorithmiques. Pour permettre de réaliser des simulations efficaces en terme de complexité algorithmique pour des grandes simulations, nous explorons les contraintes des différentes étapes de la simulation en offrant une analyse et des améliorations aux algorithmes. Ensuite, une considération particulière est apportée aux structures de données. En prenant en compte les nouveaux algorithmes, nous proposons une structure de données pour bénéficier d’accès performants à travers la hiérarchie mémoire. Cette structure est modulaire pour faire face à deux types d’algorithmes, avec d’un côté la gestion du maillage nécessitant une gestion dynamique de la mémoire et de l’autre les phases de calcul intensifs avec des accès rapides. Pour cela cette structure modulaire est complétée par un octree pour gérer la décomposition de domaine et aussi les algorithmes hiérarchiques comme le calcul du champ de contrainte et la détection des collisions. Enfin nous présentons les aspects parallèles du code. Pour cela nous introduisons une approche hybride, avec un parallélisme à grain fin à base de threads, et un parallélisme à gros grain de type MPI nécessitant une décomposition de domaine et un équilibrage de charge.Finalement, ces contributions sont testées pour valider les apports pour la simulation numérique. Deux cas d’étude sont présentés pour observer et analyser le comportement des différentes briques de la simulation. Tout d’abord une simulation extrêmement dynamique, composée de sources de Frank-Read dans un cristal de zirconium est utilisée, avant de présenter quelques résultats sur une simulation cible contenant une forte densité de défauts d’irradiation.

This research work focuses on bringing performances in 3D dislocation dynamics simulation, to run efficiently on modern computers. First of all, we introduce some algorithmic technics, to reduce the complexity in order to target large scale simulations. Second of all, we focus on data structure to take into account both memory hierachie and algorithmic data access. On one side we build this adaptive data structure to handle dynamism of data and on the other side we use an Octree to combine hierachie decompostion and data locality in order to face intensive arithmetics with force field computation and collision detection. Finnaly, we introduce some parallel aspects of our simulation. We propose a classical hybrid parallelism, with task based openMP threads and domain decomposition technics for MPI.