Evaluación del potencial de aceleración de un código profesional de simulación de estructuras de solidificación en aleaciones metálicas por medio de paralelización en CPU y/o GPU

Abstract

[Resumen]: El campo de la simulación del tratamiento físico de materiales lleva muchos años siendo clave para el desarrollo de tecnologías y productos industriales. Sin embargo, el gran esfuerzo computacional requerido continúa suponiendo a menudo una limitación notoria a la hora de poder aprovechar esas simulaciones en un ámbito de producción, especialmente por el tiempo de cálculo necesario. Debido a ello, la paralelización de la computación, y más concretamente las posibilidades que ofrece hoy en día la computación en GPU, permiten contemplar su uso en zonas críticas dentro de los algoritmos existentes como una posible ayuda a la hora de optimizar los tiempos de cálculo. Para la realización de este trabajo se ha optado por un código profesional para la simulación del crecimiento de estructuras de grano durante la solidificación de aleaciones metálicas. Este código se sitúa entre los más avanzados de su sector y está siendo actualmente utilizado por diversos centros de investigación a nivel internacional. Los desarrolladores han permitido el acceso al mismo con el fin de investigar posibles mejoras a través de la paralelización selectiva del código, ya que, como se ha mencionado anteriormente, el cuello de botella actual se encuentra en el tiempo de ejecución. Por consiguiente, el objetivo de este trabajo será realizar una investigación minuciosa de las posibilidades de optimización de dicho proyecto, desarrollar esas posibles mejoras y explicar y documentar tanto los resultados como las limitaciones del desarrollo.

[Abstract]: The field of simulation of the physical treatment of materials has been very important for the development of technologies and industrial products for many years. However, the large computational effort required often continues to represent a notable limitation when it comes to being able to take advantage of these simulations in a production environment, especially due to the necessary calculation time. Due to this, the parallelization of computing, and more specifically the possibilities offered by GPU computing today, allow us to consider its use in critical areas within existing algorithms as a possible help when optimizing calculation times. To carry out this work, a professional code has been chosen for the simulation of the growth of grain structures during the solidification of metallic alloys. This code is among the most advanced in its sector and is currently being used by various research centers internationally. The developers have allowed access to it in order to investigate possible improvements through selective parallelization of the code, since, as mentioned above, the current bottleneck is at execution time. Therefore, the objective of this work will be to carry out a thorough investigation of the optimization possibilities of said project, carry out the development of these possible improvements and explain and document both the results and the limitations of the development.