Performance impact of porous media characteristics for lattice Boltzmann method

Abstract

Ettersom regnekraft er en begrenset ressurts er det et vedvarende behov for å forbedre ytelsen til både nye og eksisterende programmer. I denne oppgaven benytter vi metoder fra ytelsesmodellering og en stedfortreder-applikasjon til å utforske ytelsesforbedringer i en lattice Boltzmann simulering.

Lattice Boltzmann metoden er iterativ, og vi utvikler en modell som predikerer iterasjonstiden med en feil på 20%. Modellen fanger beregningskostnader samt synkroniseringskostnaden som oppstår ved kommunikasjon mellom prosesser som deltar i beregningen.

Vi utvikler en analytisk modell som identifiserer potensiale for ytelsesforbedringer, men vi viser at vi er avhengige av karakteristikker av den faktiske applikasjonen for å realisere dette potensialet.

Videre identfiserer vi egenskaper ved porøst materiale og teknikker fra porestruktur-modellering som kan bli brukt til å forbedre ytelsen i videre arbeid.

With compute resources being limited, there is a constant need to extract performance improvements from both new and existing applications. In this thesis we utilize performance modeling techniques and a proxy application to explore potential optimizations in a lattice Boltzmann fluid simulation.

The method and application is an iterative method, and we develop a model that is able to predict the iteration time with an average error of 20\%. The model captures computational costs as well as synchronization costs during communication between ranks.

We develop an analytical model which is able to identify performance potential, though we are only able to extract this potential using characteristics extracted from the implemented application.

Further, we identify characteristics of porous media and techniques from pore space modeling which can be used to improve performance in future works.