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O estudo de dinâmica de fluidos apresenta uma grande importância num elevado número de aplicações tecnológicas como meteorologia, aeronáutica, dispersão de poluentes, previsão de esforços dinâmicos do vento em edifícios, previsão de vento à superfície da terra com interesse para parques eólicos e propagação de fogo e aplicações biomédicas. Actualmente a equipe de projecto recorre a um programa por eles desenvolvido (Ventos) para prever o escoamento do ar sobre terrenos com topografia complexa. Estas simulações são muito exigentes e consomem tempos apreciáveis de computação. Como exemplo, a simulação de 1h de tempo real e num volume de 20x20x2.5Km pode demorar 1 dia de CPU (Intel P4@3GHz), usando uma resolução com apenas 50x50x50 nós segundo as direcções x, y e z. Para aumentar o desempenho deste tipo de aplicações recorre-se geralmente a supercomputadores ou a implementações em redes de computadores, usando técnicas de decomposição de domínio, 'solvers' paralelos ou métodos multi-grelha.
Computação dedicada e computação reconfigurável são meios efectivos para acelerar computadores de uso geral. Este paradigma tem vindo a ganhar importância crescente pela rápida evolução tecnológica dos dispositivos FPGA. Técnicas comuns para ultrapassar o desempenho de computadores convencionais consistem em explorar formatos de dados não standard, o paralelismo exibido pela aplicação ao nível das operações e ao nível das funções ou subprogramas e organizações dedicadas dos sistemas de memória.
Com este projecto pretende-se desenvolver uma máquina de cálculo dedicada para executar de forma eficiente aplicações de cálculo de dinâmica de fluidos, sendo usado como um processador auxiliar associado a um computador de usos gerais. Será objectivo tentativo do projecto atingir um ganho de desempenho mínimo de 2 vezes, relativamente às aplicações de software desenvolvidas na equipe de projecto, correndo em computadores pessoais actuais.
A primeira tarefa para a concepção deste computa  |
Summary
O estudo de dinâmica de fluidos apresenta uma grande importância num elevado número de aplicações tecnológicas como meteorologia, aeronáutica, dispersão de poluentes, previsão de esforços dinâmicos do vento em edifícios, previsão de vento à superfície da terra com interesse para parques eólicos e propagação de fogo e aplicações biomédicas. Actualmente a equipe de projecto recorre a um programa por eles desenvolvido (Ventos) para prever o escoamento do ar sobre terrenos com topografia complexa. Estas simulações são muito exigentes e consomem tempos apreciáveis de computação. Como exemplo, a simulação de 1h de tempo real e num volume de 20x20x2.5Km pode demorar 1 dia de CPU (Intel P4@3GHz), usando uma resolução com apenas 50x50x50 nós segundo as direcções x, y e z. Para aumentar o desempenho deste tipo de aplicações recorre-se geralmente a supercomputadores ou a implementações em redes de computadores, usando técnicas de decomposição de domínio, 'solvers' paralelos ou métodos multi-grelha.
Computação dedicada e computação reconfigurável são meios efectivos para acelerar computadores de uso geral. Este paradigma tem vindo a ganhar importância crescente pela rápida evolução tecnológica dos dispositivos FPGA. Técnicas comuns para ultrapassar o desempenho de computadores convencionais consistem em explorar formatos de dados não standard, o paralelismo exibido pela aplicação ao nível das operações e ao nível das funções ou subprogramas e organizações dedicadas dos sistemas de memória.
Com este projecto pretende-se desenvolver uma máquina de cálculo dedicada para executar de forma eficiente aplicações de cálculo de dinâmica de fluidos, sendo usado como um processador auxiliar associado a um computador de usos gerais. Será objectivo tentativo do projecto atingir um ganho de desempenho mínimo de 2 vezes, relativamente às aplicações de software desenvolvidas na equipe de projecto, correndo em computadores pessoais actuais.
A primeira tarefa para a concepção deste computador especializado consiste em adaptar os algoritmos e optimizar os formatos dos dados tratados por forma a reduzir a dimensão e aumentar o desempenho dos operadores, sem afectar os resultados computacionais. Esta tarefa irá orientar a concepção de arquitecturas dedicadas, reunindo unidades de cálculo, sistemas de memória e mecanismos de controlo que explorem as características específicas das diversas fases de computação da aplicação. Para isso será necessário desenvolver um novo sistema reconfigurável baseado em dispositivos FPGA que disponha dos recursos de hardware necessários para suportar os processadores dedicados projectados. Como esta plataforma é baseada em dispositivos reconfiguráveis, servirá igualmente para a implementação e experimentação de outras aplicações de computação de elevado desempenho. Finalmente, a operação deste sistema requererá o desenvolvimento de ferramentas de software para gerir as configurações dos FPGA e desenvolver o código a executar no computador dedicado. |