Titulo Estágio
Optimização de Simulação em OpenFoam por Abordagens Paralelas Óptimas.
Áreas de especialidade
Engenharia de Software
Engenharia de Software
Local do Estágio
DEI/UC e DEC/UC
Enquadramento
O OpenFOAM (“Open Source Field Operation And Manipulation C++ libraries”) é uma “Toolbox” gratuita, escrita em C++ que pode ser utilizada na resolução dos mais variados problemas da mecânica de fluidos, envolvendo reações químicas, efeitos de turbulência, transferências de calor, eletromagnetismo, etc. Tem estado em permanente desenvolvimento e actualização pois é usado gratuitamente por um grande número de utilizadores bem como permite o uso e modificação de aplicações com fácil incorporação.
As necessidades computacionais de simulações pesadas usando Software OpenFoam são satisfeitas recorrendo a processamento paralelo. O espaço de simulação é dividido numa grelha de igual espaçamento, sendo atribuída cada célula da grelha a um processo individual, e sendo utilizado o MPI como paradigma de interação no processamento paralelo.
Objetivo
A forma de divisão do espaço e do trabalho pode ser objeto de reapreciação e melhorias. Existem quatro aspetos deste contexto que podem beneficiar de otimização, os quais passamos a referir:
- seria benéfico poder-se dividir a computação por partes funcionais da simulação, em complemento da divisão em grelha;
- havendo partes do espaço simulado com necessidades computacionais mais pesadas do que outras, seria benéfico a divisão de trabalho não em regiões divididas por eixos e coordenadas , mas consoante as necessidades;
- um balanceamento de carga óptimo resulta de uma abordagem "on-demand", na qual o trabalho é dividido pelos trabalhadores (processadores/cores) de acordo com a sua disponibilidade para processamento de novas partes;
- uma abordagem óptima de computação paralela poderia fazer ainda uma gestão flexível de partilha de memória versus troca de mensagens entre unidades de computação;
Neste estágio pretende-se estudar as características da computação escalável por paralelização, de uma simulação em OpenFoam de um caso de estudo que corresponde ao escoamento em situação de cheia num sistema de drenagem com várias estruturas onde está disponível uma instalação em laboratório e dados de velocidade, pressão e alturas de água (Ver foto em: http://www.iwhs2015.dec.uc.pt/?Contacts), e depois estudar e testar uma proposta de optimização que utilize as ideias indicadas acima.
Plano de Trabalhos - Semestre 1
Plano de trabalhos Semestre 1 (Tempo parcial 16h/s)
mês 1. Estado da arte, estudo do OpenFoam e do caso de estudo (DEC-UC)
mês 2. Estado da arte, estudo e teste do paralelismo no OpenFoam e no caso de estudo, obtenção de indicadores performance (DEC-UC)(DEI-UC)
mês 3. Elaboração da proposta, escrita da mesma. Escrita de artigos e planeamento das experiências. Escrita do relatório de estágio - versão intermedia (DEI-UC) (DEC-UC)
mês 4. Continuação e finalização dos artigos iniciais, colocação dos resultados experimentais sem e com paralelismo, e escrita do relatório de estágio - versão intermedia (DEI-UC) (DEC-UC)
(os artigos iniciais são revistos, melhorias introduzidas, de forma a estarem prontos a submeter em Fevereiro)
Plano de Trabalhos - Semestre 2
Plano de trabalhos Semestre 2 (Tempo inteiro 40h/s)
mês 5-mês 8. Implementação de protótipo de testes. Testes e experimentação. Conclusão do artigo final.
mês 9-final. Experimentação. Resultados, incorporação das revisões no artigo final, e tese.
Condições
O estágio será realizado na Universidade de Coimbra nos departamentos de engenharia civil (DEC) e engenharia informática (DEI). Será um trabalho conjunto, orientado pelos professores Pedro Furtado, Filipe Araújo e Fernando Barros, no que concerne o domínio dos conhecimentos informáticos e pela prof. Rita Carvalho e sua equipa do DEC no que concerne a conhecimentos de OpenFoam à parte experimental, caso de estudo.
Estagio não remunerado, mas será atribuído um prémio final de valor mínimo de500 Euros em caso de o estagiário completar o trabalho com sucesso. O sucesso é medido através da entrega final de dois artigos com avaliação experimental, um a submeter a uma conferência de processamento paralelo e outro a submeter a uma conferência de engenharia civil, na área de simulação de fluídos.
Orientador
Pedro Nuno San-Bento Furtado
pnf@dei.uc.pt 📩