Air pollution modelling using a Graphics Processing Unit with CUDA

“Air pollution modelling using a Graphics Processing Unit with CUDA” başlıklı makale Molnár, F., Szakaly, T., Meszaros, R., & Lagzi, I. tarafından hazırlanmış olup Computer Physics Communications dergisinin 2010 yılında yayınlanan 181.sayısının 105-112.sayfalarında yayınlanmıştır.

Hava kirliliği modeli oluştururken kabul edilebilir bir zamanda, en doğruya yakın çözümler üreten bir sistem kurmak ana amaçtır.

Tek kaynaktan yayılan kimyasal parçacıkların dağılması farklı dinamik modellerle hesaplanabilir. Bunların en bilinenleri Eulerian ve Lagrangian taşıma modelleridir. Çalışmada Stokastik Lagrangian taşıma modeli’nin CUDA ile gerçeklenmesi sağlanmıştır.

Stokastik Lagrangian parçacık modelini formülleri ve parametrelerinin açıklaması:

Stochastic-Lagrangian-particle-model

CPU ve GPU versiyonlarının akış şeması:

flowchart

Seri ve paralel gerçekleştirimlerin sonuçları arasındaki önemsenmeyecek farkla ilgili de farklı platformlarda hesaplama yapılması gösterilmiştir. GPU platformunda tek hassasiyetli hesaplama yapıldığından x86 sistemlerden farklı sonuçlar çıkmaktadır denmiştir. Bu durum çalışmada aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir.

Generally, a well parallelized algorithm must produce exactly
the same results as the sequential version. However, it is only true,
if the parallel computing system is built by units of the same platform (e.g. x86) as the one used to run the non-parallelized calculation. A CUDA-compatible GPU is a different platform, it is only capable of single precision computation (except for the newest video
cards, which provide double precision with low performance) and
although it follows many points of the IEEE-754 floating-point
standard, precision of the mathematical functions is usually even
lower, as it is explicitly described in the Programming Guide [39].
We reveal that the numerical error arising from this inaccuracy,
compared to a common CPU, is within tolerable limits, and the result of the simulation produced by the GPU is equally valid as the
result of the CPU version.

Çalışmada ALADIN sayısal hava tahmin modelinden alınan veriler ile yapay meteorolojik bilgiler kullanılmıştır.

Çalışmanın sonucunda yaklaşık 60 ile 120 kat hızlanma elde edildiği açıklanmıştır.

speedup