60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Nas últimas décadas o desenvolvimento de hardware e software vêm causando bastante impacto social, cultural e tecnológico. No Eletromagnetismo Computacional vários métodos numéricos (software) vêm sendo desenvolvidos visando o máximo aproveitamento dos equipamentos disponíveis (hardware). Porém, nem sempre isso é o suficiente para que seja possível processar esses métodos como, por exemplo, o método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo em três dimensões (FDTD 3D), que é eficiente no processamento, mas requer considerável quantidade de memória. Também quando há o envolvimento de geometrias complexas, são necessárias enormes quantidades de memória e processador nas simulações. Para atender essa demanda esse trabalho apresenta uma solução de baixo custo através do processamento paralelo utilizando Cluster Beowulf, que é um conjuntos de PC’s com software livre. Também são apresentados resultados de processamento em um outro cluster que possui quinze computadores específicos para essa atividade, porém utilizando software livre para reduzir os custos e melhorar o desempenho computacional. Com isso, esse trabalho apresenta soluções computacionais que visam a redução dos custos de processamento utilizando software livre e recursos computacionais facilmente disponíveis no mercado.

METODOLOGIA:

O desenvolvimento do FDTD 3D foi realizado utilizando a linguagem de programação C++ e os critérios de Orientação a Objetos, devido a necessidade de reaproveitamento de código, e para a redução no tempo de desenvolvimento e manutenção. O sistema operacional utilizado nos clusters foram Linux (CentOS X86_64 e Fedora i386). Com isso, o desenvolvimento e a estrutura de simulação estão basicamente definidos, restando explicitar os critérios dos testes de funcionamento e desempenho do cluster. Para gerenciar o cluster foi utilizada a ferramenta livre Linux Cluster Machine e algumas rotinas de teste para checar as conexões rede das máquinas. Nas análises o desempenho do método, neste caso, não se considerou como foco principal as aplicações, mas sim as instruções de solução do método. Assim, foram realizados testes de desempenho em uma máquina e em várias, para a tomada da eficiência e do speedup das soluções paralelas. Essas análises, basicamente, relacionam o tempo de processamento despendido em uma máquina pelo tempo em várias, resultando no desempenho computacional da solução implementada. Assim, tem-se um procedimento para os testes de funcionamento e desempenho do cluster.

RESULTADOS:

A implementação do FDTD 3D em paralelo é uma atividade complexa e requer bastante cuidado, principalmente, para inserir as condições de contorno no domínio. Os testes de desempenho do método apresentaram bons resultados quanto a eficiência no paralelismo que ficou acima de 85%, este valor é considerado na literatura um bom resultado. Isso mostra a viabilidade da solução para o processamento paralelo e viabiliza a prática desses recursos no eletromagnetismo computacional. Ainda, vale ressaltar que essa solução pode substituir os supercomputadores que são bastante custosos e inviáveis à maioria das instituições, tornando-se uma solução computacional de menor custo.

CONCLUSÕES:

Seguindo os resultados apresentados nesse trabalho, o panorama sócio-econômico e desenvolvimentista do país, há a necessidade em se destacar o uso de software livre e o reaproveitamento dos parques computacionais disponíveis para as aplicações de computação de alto desempenho. Isso pode viabilizar o surgimento de novas tecnologias e técnicas, dentre as quais o método FDTD 3D, analisado neste trabalho e que possibilita projetar e simular dispositivos para telecomunicações. Por fim, também conclui-se, que esta arquitetura de cluster de computadores pode ser considerada uma ferramenta suporte à inclusão digital ao disponibilizar acessos externos aos usuários com mais baixo custo e que também possibilita o desenvolvimento de pesquisas de ponta.

Instituição de fomento: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

Palavras-chave: Cluster de Computadores, Computação Paralela, Eletromagnetismo Computacional

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