Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter Oldenbourg March 15, 2011

Accelerating Physical Simulations Using Graphics Processing Units

Beschleunigung physikalischer Simulationen durch Grafikprozessoren
Karl Heinz Hoffmann, Michael Hofmann, Jens Lang, Gudula Rünger and Steffen Seeger

Abstract

Graphics processors are used in many fields of applications that require high computational power. Especially in scientific computing, the programming of graphics processing units is an active field of research. Because of their hardware characteristics, graphics processors are well-suited for regular parallelism, however the implementation of irregular problems requires more advanced strategies. In this article, the hardware architecture of graphics processors and different frameworks for graphics processor programming, such as CAL, Brook+, CUDA and OpenCL with their specific properties, are presented. Additionally, an overview of different physical applications that have been implemented successfully on graphics processors is given. The parallel implementation of a specific irregular physical application on graphics processors is presented in more detail. This application simulates anomalous diffusion in porous media using random walk on Random Sierpinski Carpets.

Zusammenfassung

Grafikprozessoren werden in vielen Anwendungsbereichen, in denen es auf hohe Rechenleistung ankommt, genutzt. Auch im Wissenschaftlichen Rechnen sind parallele Implementierungen auf Grafikprozessoren Gegenstand aktueller Forschung. Obwohl Grafikprozessoren besonders für reguläre Parallelität geeignet sind, werden zunehmend auch irreguläre Anwendungsprobleme betrachtet. Dieser Artikel stellt die Eigenschaften von Grafikprozessoren und verschiedene Frameworks zur Grafikprozessorprogrammierung wie CAL, Brook+, CUDA und OpenCL mit ihren spezifischen Eigenheiten vor. Weiter gibt der Artikel einen Überblick über verschiedene physikalische Anwendungen, die bereits erfolgreich auf Grafikprozessoren implementiert wurden. Die parallele Implementierung einer speziellen irregulären physikalischen Anwendung auf Grafikprozessoren wird detaillierter vorgestellt. Diese simuliert anomale Diffusion in porösen Materialien durch Random Walk auf zufälligen Sierpinski-Teppichen.


* Correspondence address: TU Chemnitz, Fakultät für Informatik, 09107 Chemnitz,

Published Online: 2011-03-15
Published in Print: 2011-03

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Chemnitz, Germany

Scroll Up Arrow