Επιτάχυνση της μεθόδου FDTD σε δύο διαστάσεις με CUDA και εφαρμογές στη μελέτη ασύρματων δικτύων

Abstract

Ο παράλληλος προγραμματισμός ήρθε στο παρασκήνιο της επιστήμης των υπολογι στών και των μηχανικών, μέσω της στασιμότητας που υπήρχε στη ταχύτητα των CPUs (Central Processing Units). Η σχετικά πρόσφατη άφιξη των GPGPUs (General-Perpuse Graphical-Processing Units) ως μια χαμηλού κόστους μονάδα επεξεργασίας, φέρνει μια ενδιαφέρων ποσότητα επεξεργαστικής ισχύος στους κοινούς υπολογιστές αποτελώντας έτσι ένα νέο θέμα που χαρακτηρίζεται από πολλά θετικά στοιχεία. Χάριν στη δημοσίευση της CUDA (Compute Unified Device Architecture), ένα πανίσχυρο και εύκολο στην χρήση προγραμματιστικό πε ριβάλλον διαθέσιμο για τις κάρτες γραφικών της Nvidia, ο υπολογισμός με βάση την μο νάδα επεξεργασίας γραφικών έχει γίνει προσβάσιμος στους προγραμματιστές οι οποίοι δεν είναι έμπειροι στην υλοποίηση εφαρμογών μέσω γραφικού περιβάλλοντος. Η λύση μεγάλων και περίπλοκων ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων, συχνά οδηγεί στην ανάγκη για ζήτηση υψηλών απαιτήσεων, υπολογισμών και στρατηγικών. Αυτό είναι κάτι που βρίσκει λύση στις μονάδες επεξεργασίας γραφικών. Πολλοί ηλεκτρομαγνητικοί μέθο δοι επιδέχονται τα προνόμια από τα χαρακτηριστικά των μονάδων επεξεργασίας γραφικών. Ανάμεσα σε αυτές και η μέθοδος FDTD (finite-difference Ɵme-domain). Σε αυτήν την διπλωματική αρχικά εισάγουμε την έννοια των ασύρματων τοπικών δι κτύων, στην συνέχεια αναλύουμε τον αλγόριθμο του Yee με την βοήθεια των εξισώσεων του Maxwell. Στο τρίτο μέρος εξηγούμε τι είναι μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών και με ποια βήματα υλοποιείται η μέθοδο FDTD σε αυτήν. Τέλος παρουσιάζουμε τα αποτε λέσματα των προσομοιώσεων μας, τα συγκρίνουμε και επιπλέον βλέπουμε και κάποιες εφαρμογές. Στο σημείο αυτό, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα επίκουρο καθη γητή Ζυγκιρίδη Θεόδωρο για την πολύτιμη βοήθεια του αλλά και για τις γνώσεις που χάριν σε αυτόν απέκτησα.

The parallel programming came in the background of computer science and engineering through the stalemate that existed in the computaƟonal speed of CPUs (Central Processing Units).The relaƟvely recent arrival of GPGPUs (General-Perpuse Graphical-Processing Units) as a low-cost unit, brings an interesƟng amount of processing power to ordinary comput ers, making it the new theme is characterized by many posiƟve elements. Thanks to the publicaƟon of CUDA (Compute Unified Device Architecture), a powerful and easy to use programming environment available for Nvidia graphics cards, the calculaƟon based on the graphic processing unit has become accessible to developers who are not experienced in the implementaƟon of applicaƟons through GUI. The soluƟon of large and complex electromagneƟc problems, oŌen leads to the need for high-demand requirements, calculaƟons and strategies. This is something that finds a soluƟon to graphics processing units. Many electromagneƟc methods amenable to the priv ileges of the features of graphics processing units. Among these is the method FDTD (finite difference Ɵme-domain). In this thesis we iniƟally introduce the concept of wireless local area network, then an alyze the Yee algorithm with the help of the equaƟons of Maxwell. In the third part we explain what a graphic processing unit is and what steps implemented by the FDTD method in it. Finally we present the results of our simulaƟons, we compare and see some addiƟonal applicaƟons.At this point, I would like to thank the supervisor assistant professor Zygkiridi Theodorο for his precious help and the knowledge gained in this instance.