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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2019.tde-27032019-145106
Documento
Autor
Nome completo
Erinaldo da Silva Pereira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Marques, Eduardo (Presidente)
Cardoso, João Manuel Paiva
Delbem, Alexandre Cláudio Botazzo
Matias, Paulo
Título em português
Um framework para coprojeto de hardware/software para o módulo da dinâmica do modelo brasileiro de previsão do tempo - BRAMS
Palavras-chave em português
BRAMS
Coprojeto
FPGA
Framework
HARP
OpenCL
Resumo em português
O BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling System) é o sistema utilizado pelo CPTEC/INPE para previsão climática no Brasil. Este projeto de doutorado contribui para a modernização do código desse sistema a partir da implementação e avaliação de um framework para coprojeto de hardware/software do módulo da dinâmica do modelo climático BRAMS. Foi conduzido um estudo do código do BRAMS para verificar quais trechos poderiam ser acelerados em hardware. Com isso foram desenvolvidos kernels usando Intel OpenCL para serem executados em dispositivos programáveis do tipo FPGA. Este estudo utilizou o suporte e recursos do programa da Intel HARP (Heterogeneous Architecture Research Platform), que disponibilizou uma infraestrutura de computação heterogênea com processadores Xeon com um FPGA Arria 10 integrado. Foram conduzidos dois estudos de caso em que os resultados sugerem que é possível portar uma aplicação climática para uma máquina heterogênea que utiliza CPU e FPGA. Porém, para obter um desempenho satisfatório nessa nova arquitetura faz-se necessário domínio dos recursos disponíveis no Intel OpenCL para programar a máquina heterogênea e a aplicação alvo deve possuir uma estrutura de código que favoreça a execução de tais estruturas. Apesar do desempenho com o FPGA Arria 10 não ter sido superior ao do sistema executando apenas em Intel Xeon, o ganho em eficiência de energia justifica a migração do código para esta nova plataforma. Além disso, o framework desenvolvido possibilitará futuras implementações do BRAMS visando uma arquitetura heterogênea como alvo.
Título em inglês
A framework for the hardware/software codesign for the dynamic module of the Brazilian model of weather forecast - BRAMS
Palavras-chave em inglês
BRAMS
Co-design
FPGA
Framework
HARP
OpenCL
Resumo em inglês
BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling System) is the system used by CPTEC/INPE for climate forecast in Brazil. This PhD project contributes to the improvement of the code of this system from implementation and evaluation of a hardware/software codesign framework of the dynamics module of the BRAMS climate model. A study of the source code was conducted to verify what parts can be accelerated with hardware. Kernels were developed using Intel OpenCL and they were executed in programmable devices of the type FPGA. This study used resources of the Intel HARP program (Heterogeneous Architecture Research Platform). HARP provided an infrastructure of heterogeneous computation with Xeon processors including an Arria 10 FPGA integrated. The results from three case studies conducted suggest that it is possible to carry a climate application to a heterogeneous machine that uses CPU and FPGA. However, to obtain a satisfactory performance in this new architecture it is necessary to master the available resources in Intel OpenCL to program the heterogeneous machine and the target application must have a code structure that favors the execution of such structures. Although the performance was not higher than the system running only in CPU, the gain in energy efficiency justifies the migration of the code to this new platform.
 
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Data de Publicação
2019-03-27
 
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