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Multi-core-CPU and GPU-accelerated radiative transfer models based on the discrete ordinate method

Efremenko, Dmitry und Loyola, Diego und Doicu, Adrian und Spurr, Robert (2014) Multi-core-CPU and GPU-accelerated radiative transfer models based on the discrete ordinate method. Computer Physics Communications, 185 (12), Seiten 3079-3089. Elsevier. doi: 10.1016/j.cpc.2014.07.018. ISSN 0010-4655.

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Offizielle URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465514002616

Kurzfassung

The operational processing of remote sensing data usually requires high-performance radiative transfer model (RTM) simulations. To date, multi-core CPUs and also Graphical Processing Units (GPUs) have been used for highly intensive parallel computations. In this paper, we have compared multi-core and GPU implementations of an RTM based on the discrete ordinate solution method. To implement GPUs, the original CPU code has been redesigned using the C-oriented Compute Unified Device Architecture (CUDA) developed by NVIDIA. GPU memory management is a crucial issue regarding the performance. To cope with limitations of GPU registers, we have adapted an RTM based on the matrix operator technique together with the interaction principle for multilayer atmospheric systems. The speed-up of such an implementation depends on the number of discrete ordinates used in the RTM. To reduce the CPU/GPU communication overhead, we have exploited the asynchronous data transfer between host and device. To obtain optimal performance, we have also used overlapping of CPU and GPU computations by distributing the workload between them. With GPUs, we have achieved a 20x–40x speed-up for the multi-stream RTM, and 50x speed-up for the two-stream RTM with respect to the original single-threaded CPU codes. Based on these performance tests, an optimal workload distribution scheme between GPU and CPU is proposed. Additionally, CPU/GPU benchmark tests regarding basic matrix operations are given. Finally, we discuss the performance obtained with the multi-core-CPU and GPU implementations of the RTM.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/92914/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-core-CPU and GPU-accelerated radiative transfer models based on the discrete ordinate method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Efremenko, DmitryDmitry.Efremenko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Loyola, Diegodiego.loyola (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8547-9350NICHT SPEZIFIZIERT
Doicu, Adrianadrian.doicu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spurr, RobertRT SolutionsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2014
Erschienen in:Computer Physics Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:185
DOI:10.1016/j.cpc.2014.07.018
Seitenbereich:Seiten 3079-3089
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Fritzsche, StephanFriedrich Schiller University of Jena, Jena, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0010-4655
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Radiative transfer models; Discrete ordinate method; CUDA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Informationstechnische Systeme für die Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Efremenko, Dr Dmitry
Hinterlegt am:01 Dez 2014 15:11
Letzte Änderung:29 Nov 2023 13:22

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