Ein Softwarekonzept zur hierarchischen Parallelisierung von stochastischen und deterministischen Inversionsproblemen auf modernen ccNUMA-Plattformen unter Nutzung automatischer Programmtransformation

Wolf, Andreas; Bischof, Christian

doi:999910058220

Ein Softwarekonzept zur hierarchischen Parallelisierung von stochastischen und deterministischen Inversionsproblemen auf modernen ccNUMA-Plattformen unter Nutzung automatischer Programmtransformation = A software conception for hierarchical parallelizing of stochastic and deterministic inverse problems on modern ccNUMA systems and the use of automated program transformation

Wolf, Andreas (Author)

2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andreas Wolf

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangII, 137 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bischof, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-06-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-37668
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64281/files/3766.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Parallelverarbeitung (Genormte SW) ; OpenMP (Genormte SW) ; Parallelisierung (Genormte SW) ; Programmtransformation (Genormte SW) ; Automatische Differentiation (Genormte SW) ; Inverse Methode (Genormte SW) ; Stochastische Optimierung (Genormte SW) ; Deterministische Optimierung (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; ccNUMA (frei) ; hierarchische Parallelisierung (frei) ; OpenMP-hiding (frei) ; nested OpenMP (frei) ; multi-level parallelisation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Das hier vorgestellte Softwarekonzept befasst sich hauptsächlich mit der Unterstützung eines fortschreitenden Software-Entwicklungsprozesses. Dabei wurde der Bedarf nach Hochleistungs-Simulationssoftware genauso berücksichtigt wie eine überwiegende Nutzbarkeit der Software während des Entwicklungsprozesses. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit allen sich daraus ergebenden Anforderungen und deren Lösung durch verschiedene Software-Techniken und Strategien. Im Detail handelt es sich um eine schnelle Erweiterbarkeit des Simulationsprogramms, einer Unterstützung von stochastischen und deterministischen Verfahren zur Lösung von Inversionsproblemen und Unterstützung moderner ccNUMA-Rechnerarchitekturen. Besonders die deterministischen Verfahren sind auf die Berechnung von Ableitungen angewiesen. Dafür wird die Technik des automatischen Differenzierens eingesetzt, mit der effizienter Code zur Berechnung von Ableitungen auf Basis einer automatisierten Programm-Transformation erzeugt wird. In dieser Arbeit wird einerseits aufgrund der komplexen Zusammenhänge eine Software-Technik angewendet und beschrieben, um die Programmcode-Transformationen wesentlich zu erleichtern. Andererseits werden verschiedene hierarchische Parallelisierungs-Strategien analysiert und verglichen, um eine effiziente Lösung für das Hochleistungsrechnen zu erzielen. Die beschriebenen Software-Techniken wurden in Verbindung mit einer mehrstufigen OpenMP-Parallelisierung an einem hydro-geothermalen Simulationsprogramm beispielhaft umgesetzt. Numerische Experimente belegen, dass die bevorzugte Parallelisierungs-Strategie effizient ist und die beispielhafte Anwendung der beschriebenen Software-Technik zeigt, dass sie praktikabel und robust ist.

This thesis introduces a software concept to support proceeding software development processes. The concept considers not only the demand for high performance simulation software but also the maximal possible usability of the software during the development process. It addresses the resulting requirements and proposes different techniques and strategies to fulfill them. More precisely, the requirements are the fast extensibility of the simulation software, the support for stochastic as well as deterministic methods for solving inverse problems, and the support for ccNUMA capabilities of modern computer architectures. In particular any deterministic method makes necessary the computation of derivatives. These derivatives are computed by techniques of automatic differentiation. These techniques are based on an automated program transformation, generating efficient code for the computation of derivatives. The new contributions of this thesis are as follows. On the one hand, the proposed software techniques alleviate the handling of the complex dependencies between the various requirements and considerably simplify the involved program transformations. On the other hand, different hierarchical parallelization strategies are introduced providing an efficient solution for inverse problems on high-performance computing platforms. The novel software techniques are illustrated in the context of a real-world hydro-geothermal simulation code involving a multilevel OpenMP parallelization. Numerical experiments indicate that the proposed parallelization strategy is efficient and that the new software techniques are feasible and robust.

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