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Schnelle Berechnung des Infrarot-Strahlungstransports in der Atmosphäre durch Prozess-Parallelisierung auf der Grafikkarte

Zigann, Philipp (2009) Schnelle Berechnung des Infrarot-Strahlungstransports in der Atmosphäre durch Prozess-Parallelisierung auf der Grafikkarte. Bachelor's, Duale Hochschule Baden-Württemberg, Mannheim.

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Abstract

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht neben zahlreichen Schwerpunkten auf dem Gebiet der optischen Fernerkundung. Von großer Bedeutung ist hierbei die Atmosphäre. Sie wird einerseits als Messobjekt betrachtet (Bestimmung der Konzentration von Spurengasen). Andererseits als Medium, in dem Strahlungsausbreitung statt findet und somit im Sinne einer Störgröße die optische Messung beeinflusst. In beiden Fällen wird die Wirkung der Atmosphäre durch die Strahlungstransportgleichung beschrieben. Deren rechenintensive und zeitaufwändige Lösung gilt es zu optimieren. Der hier vorgestellte Optimierungsansatz basiert auf starker Parallelisierung und Auslagerung von Teilberechnungen auf Grafikprozessoren. Aktuelle Grafikkarten besitzen über 16 Multiprozessoren mit je acht Kernen. Diese Rechenleistung wird durch Nvidias Schnittstelle Compute Unified Device Architecture (CUDA) auch für nicht-Grafik-Anwendungen nutzbar. Durch eine Kombination aus der Numerikbibliothek Compute Unified Basic Linear Algebra Subprograms (CUBLAS) sowie eigenen Implementierungen ist mit dieser Technik ein schneller Algorithmus realisierbar. Abschließende Anwendungstests beweisen die Effizienz des entwickelten Programms: Im direkten Vergleich zu herkömmlichen Intel-Prozessoren lassen sich die ausgelagerten Teilbereiche bis zu 100-mal schneller berechnen. Numerische Genauigkeitsdefizite treten dank Unterstützung von doppelter Genauigkeit bei Gleitkommazahlen nicht auf. Die gewonnenen Erkenntnisse ermutigen, weitere Programmteile - insbesondere die Vorberechnungen - auf die Grafikprozessoren auszulagern. Weitere vergleichbare Folgeprojekte sind geplant.

Document Type:Thesis (Bachelor's)
Title:Schnelle Berechnung des Infrarot-Strahlungstransports in der Atmosphäre durch Prozess-Parallelisierung auf der Grafikkarte
Authors:
AuthorsInstitution or Email of Authors
Zigann, PhilippUNSPECIFIED
Date:September 2009
Keywords:Parallelisierung, Grafikkarte, CUDA
Institution:Duale Hochschule Baden-Württemberg, Mannheim
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport (old)
HGF - Program:Space (old)
HGF - Program Themes:W EO - Erdbeobachtung
DLR - Research area:Space
DLR - Program:W EO - Erdbeobachtung
DLR - Research theme (Project):W - Vorhaben Spektrometrische Verfahren und Konzepte der Fernerkundung (old)
Location: Oberpfaffenhofen
Institutes and Institutions:Remote Sensing Technology Institute
Remote Sensing Technology Institute > Experimental Methods
Deposited By: Dr.-Ing. Peter Haschberger
Deposited On:02 Nov 2009 08:11
Last Modified:02 Nov 2009 08:11

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