Escolha do ladrilhamento para um simulador de ondas acústicas em gpus por meio de aprendizado de máquina

dc.contributor.advisor1Hermes, Senger
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3691742159298316
dc.contributor.authorSilva, Tiago da
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/9807548046251584
dc.contributor.refereeSenger, Hermes
dc.contributor.refereeGuardia, Hélio Crestana
dc.contributor.refereePedrino, Emerson Carlos
dc.contributor.refereeMatias, Paulo
dc.contributor.refereeBruschi, Sarita Mazzini
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3691742159298316
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/1780902767520967
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6481363465527189
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3792055796261017
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4694142315497364
dc.date.accessioned2025-09-25T18:58:16Z
dc.date.issued2024-12-16
dc.description.abstractThe simulation of acoustic wave propagation is crucial in fields such as geophysics and seismic imaging, being modeled by numerical methods such as finite difference methods (FDM). These simulations are resource-intensive, especially in large-scale problems with 3D grids and multiple time steps. The use of GPUs has shown promise due to their parallel processing power, but one challenge is the memory access overhead. Tiling, which divides the grid into smaller blocks, improves data locality, optimizing memory access and increasing performance. However, selecting the optimal tile size for a given computation is not a trivial task. The optimal tile size depends on a variety of factors, including the specific architecture of the GPU, the size of the problem being solved, and the characteristics of the data being processed. In practice, the optimal tile size can vary significantly depending on the GPU’s memory hierarchy, the bandwidth between the processor and memory, and the computational intensity of the kernel. Moreover, the choice of tile size can also affect the parallelism and load balancing of the computation, making it a complex trade-off that requires careful tuning. In this study, we used machine learning to predict optimized tile sizes for acoustic wave simulations. We evaluated six algorithms (KNN, Decision Tree, Random Forest, XGBoost, LightGBM, and J48), and the results showed significant improvement, with the best model achieving improvement coefficients of 1.17 for the Turing GPU (RTX2080) and 1.11 for the Volta GPU (V100), as well as a success rate of over 75% for both GPUs.eng
dc.description.resumoA simulação da propagação da onda acústica é crucial em áreas como geofísica e imagem sísmica, sendo modelada por métodos numéricos, como o de diferenças finitas (FDM). Essas simulações são intensivas em recursos, especialmente em problemas de grande escala com grids 3D e múltiplos passos de tempo. O uso de GPUs tem se mostrado promissor devido ao seu poder de processamento paralelo, mas um desafio é a sobrecarga de acessos à memória. O tiling, que divide o grid em blocos menores, melhora a localidade dos dados, otimizando o acesso à memória e aumentando o desempenho. Entretanto, determinar o tamanho do tile para uma dada aplicação não é uma tarefa simples. Esse valor depende de diversos fatores, como a arquitetura da GPU, o tamanho do problema e as características específicas dos dados processados. A escolha do tamanho do tile é afetada diretamente pela utilização da memória cache, a largura de banda da memória e o paralelismo do cálculo, tornando a questão bastante complexa e sujeita a várias trocas de eficiência. Neste estudo, utilizamos aprendizado de máquina para prever tamanhos otimizados de tiles na simulação de ondas acústicas. Avaliamos seis algoritmos (KNN, Árvore de Decisão, Random Forest, XGBoost, LightGBM e J48), e os resultados mostraram uma melhoria significativa, com o melhor modelo alcançando coeficientes de melhoria de 1,17 para a GPU Turing (RTX2080) e 1,11 para a Volta (V100), além de uma taxa de sucesso superior a 75% para ambas as GPUs.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationSILVA, Tiago da. Escolha do ladrilhamento para um simulador de ondas acústicas em gpus por meio de aprendizado de máquina. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22829.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22829
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.relation.urihttps://sol.sbc.org.br/index.php/sscad/article/view/30999
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectAcoustic wave simulationeng
dc.subjectStencileng
dc.subjectGPUeng
dc.subjectOpenmpeng
dc.subjectPerformanceeng
dc.subjectEfficiencyeng
dc.subjectParallel programmingeng
dc.subjectLoop tillingeng
dc.subjectLoop blockingeng
dc.subjectPartitioned matrixeng
dc.subjectBlockingeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleEscolha do ladrilhamento para um simulador de ondas acústicas em gpus por meio de aprendizado de máquina
dc.title.alternativeTiling choice for an acoustic wave simulator on gpus via machine learningeng
dc.typeDissertação

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