Aceleración de la microfísica de lluvia para “modelo avanzado de predicción del estado del tiempo wrf” utilizando computación heterogénea paralela
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- Año de publicación 2017
- Descripción
- El pronóstico del estado del tiempo, actualmente es guiado principalmente por modelos numéricos que simulan la dinámica atmosférica, permitiendo establecer las condiciones futuras basadas en las condiciones iniciales de las variables atmosféricas. Dado el número de variables meteorológicas, los complejos sistemas de ecuaciones no lineales y los métodos numéricos utilizados, es necesario dividir el área de análisis en celdas de un tamaño determinado según el cual se establece la resolución del modelo. Debido a que existen fenómenos cuya dinámica es determinada a escalas globales y otros a escalas regionales o locales, cada modelo ajusta su dinámica para una determinada escala, entendiendo que algunos fenómenos requieren una mayor resolución (un tamaño de celda más pequeño) para tener una mejor probabilidad de acierto. Aumentar la resolución significa disminuir el espaciado temporal de los puntos de malla y por tanto aumentar el poder computacional requerido por la dinámica del modelo; al aumentar el poder computacional se involucran aspectos como la comunicación entre nodos, la velocidad de acceso a memoria local y remota, las operaciones de lecto-escritura para acceder a los datos de entrada y la distribución de las cargas de trabajo para que la solución se pueda ejecutar en un marco de tiempo factible (que el tiempo de simulación sea mucho menor que el horizonte de pronóstico). Varios estudios han establecido que aumentar la resolución del modelo en 2 veces requiere el aumento del poder computacional en 10 veces (lo cual aumenta no solo la complejidad de la infraestructura computacional sino también los costos económicos asociados). En la última década el uso de aceleradores gráficos y vectoriales, al igual que el uso de FPGAs, han permitido que se logre aumentar el poder de cómputo en configuraciones mucho más simples, eficientes, económicas y con modelos de programación consistentes; Este tipo de arquitecturas que mezclan procesadores y aceleradores ha sido denominada computación heterogénea. En la presente investigación se exponen diferentes técnicas utilizadas para acelerar el modelo de pronóstico del estado del tiempo WRF en plataformas de cómputo heterogéneas, analizando temas de infraestructura, modelo de programación y estructura interna del mismo modelo.