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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.55.2017.tde-21092017-170006
Document
Auteur
Nom complet
Carlos Alberto Oliveira de Souza Junior
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2017
Directeur
Jury
Marques, Eduardo (Président)
Bonato, Vanderlei
Diniz, Pedro Nuno Cruz
Velho, Haroldo Fraga de Campos
Titre en anglais
A hardware/software codesign for the chemical reactivity of BRAMS
Mots-clés en anglais
Codesign
FPGA
Hardware
Heterogeneous-computing
OpenCL
Resumé en anglais
Several critical human activities depend on the weather forecasting. Some of them are transportation, health, work, safety, and agriculture. Such activities require computational solutions for weather forecasting through numerical models. These numerical models must be accurate and allow the computers to process them quickly. In this project, we aim at migrating a small part of the software of the weather forecasting model of Brazil, BRAMS Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling System to a heterogeneous system composed of Xeon (Intel) processors coupled to a reprogrammable circuit (FPGA) via PCIe bus. According to the studies in the literature, the chemical equation from the mass continuity equation is the most computationally demanding part. This term calculates several linear systems Ax = b. Thus, we implemented such equations in hardware and provided a portable and highly parallel design in OpenCL language. The OpenCL framework also allowed us to couple our circuit to BRAMS legacy code in Fortran90. Although the development tools present several problems, the designed solution has shown to be viable with the exploration of parallel techniques. However, the performance was below of what we expected.
Titre en portugais
Um coprojeto de hardware/software para a reatividade química do BRAMS
Mots-clés en portugais
Computação heterogênea
Coprojeto
FPGA
Hardware
OpenCL
Resumé en portugais
Várias atividades humanas dependem da previsão do tempo. Algumas delas são transporte, saúde, trabalho, segurança e agricultura. Tais atividades exigem solucões computacionais para previsão do tempo através de modelos numéricos. Estes modelos numéricos devem ser precisos e ágeis para serem processados no computador.Este projeto visa portar uma pequena parte do software do modelo de previsão de tempo do Brasil, o BRAMSBrazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling Systempara uma arquitetura heterogênea composta por processadores Xeon (Intel) acoplados a um circuito reprogramável em FPGA via barramento PCIe. De acordo com os estudos, o termo da química da equação de continuidade da massa é o termo mais caro computacionalmente. Este termo calcula várias equações lineares do tipo Ax = b. Deste modo, este trabalho implementou estas equações em hardware, provendo um ´codigo portável e paralelo na linguagem OpenCL. O framework OpenCL também nos permitiu acoplar o código legado do BRAMS em Fortran90 junto com o hardware desenvolvido. Embora as ferramentas de desenvolvimento tenham apresentado vários problemas, a solução implementada mostrou-se viável com a exploração de técnicas de paralelismo. Entretando sua perfomance ficou muito aquém do desejado.
 
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Date de Publication
2017-09-21
 
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