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

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

• Auteur / Autrice : Bruno Weber
• Direction : Philippe Helluy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche mathématique avancée (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Prud'homme
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Ferrieres, Hélène Barucq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Corps humain

Systèmes ouverts (informatique)

Théorie électromagnétique

Méthode de Galerkin Discontinue

Mots clés libres

Solveur, Maxwell

Électromagnétisme

Système hyperbolique

Galerkin Discontinu

GD

GDTD

Maillage

Hexaèdres

GPU

CPU

OpenCL

MPI

StarPU

Pas de temps local

Ordre spatial adaptatif

Modèle de corps humain complet

Objets connectés

Bluetooth

Solver, Maxwell

Electromagnetism

Hyperbolic system

Discontinuous Galerkin

DG

DGTD

Mesh

Hexahedrons

GPU

CPU

OpenCL

MPI

StarPU

Local time step

Adaptive spatial order

Complete human body model

Connected objects

Bluetooth

Résumé

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.

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.