Thèse soutenue

Conception du modèle de programmation INKS pour la séparation des préoccupations algorithmiques et d’optimisation dans les codes de simulation numérique : application à la résolution du système Vlasov/Poisson 6D

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Ksander Ejjaaouani
Direction : Michel MehrenbergerCédric Bastoul
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 25/10/2019
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 : Philippe Clauss
Examinateurs / Examinatrices : Michel Mehrenberger, Cédric Bastoul, Philippe Clauss, Guillaume Latu, Christian Pérez, Julien Bigot, Hélène Coullon, Katharina Kormann
Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Latu, Christian Pérez

Résumé

FR  |  
EN

Le modèle de programmation InKS vise à améliorer la lisibilité, la portabilité et la maintenabilité des codes de simulation tout en accroissant la productivité des développeurs de telles applications. Pour atteindre ces objectifs, InKS propose deux langages, chacun dédié à une partie de l’application. Le premier, InKS PIA , permet d’exprimer les aspects algorithmiques d’un code de simulation scientifique tout en laissant les choix d’optimisation de côté. Il s’agit de décrire les fondations de la simulation : son algorithme. Le second langage, InKS PSO , permet aux spécialistes de l’optimisation de réutiliser les informations contenues dans l’algorithme pour exprimer une large variété de choix d’optimisation. Le modèle permet d’écrire de nombreuses versions des optimisations, typiquement une par architecture, à partir d’un unique algorithme. En basant les différentes versions d’un programme sur sa partie invariante, l’algorithme, le modèle InKS limite la réécriture du code, boostant la productivité des développeurs. Suite à la proposition du modèle InKS et de son implémentation, nous avons évalué le modèle au travers de l'implémentation de simulations de plasma: le système Vlasov-Poisson 6D. Cette évaluation a permis de mettre en évidence certaines bonnes propriétés du modèle, notamment en matière de séparation des aspects, mais aussi à montrer sa généralité et ses performances. Pour ce faire, nous avons comparé l'efficacité de deux implémentations du système Vlasov-Poisson 6D, écrite sur InKS ou Fortran. Pour les optimisations les plus importantes, le nombre de lignes dans les deux cas est similaire. Cependant, la présence de l'algorithme permet d'ordonnancer automatiquement, en une simple ligne, un large ensemble de calcul, verbeux et potentiellement sujet aux erreurs. Ainsi, dans les parties non critiques du code, InKS PSO peut résumer une partie du programme de manière concise, permettant de se concentrer sur les parties de calcul intensif. Par ailleurs, en limitant la réécriture du code aux seules optimisations, InKS permet de tester plusieurs stratégies d'optimisations afin d'identifier la plus adaptée à une architecture donnée. En comparaison, dans ces situations, les applications traditionnelles requièrent la réécriture d'une plus grande partie du code, limitant le temps consacré à la recherche des meilleures stratégies d'optimisation.