Forward modeling of gravitational fields on hybrid multi-threaded cluster

Resumen

La solución analítica de las componentes del tensor gravimétrico, utilizando la ecuación del potencial gravitacional para un ensamble volumétrico compuesto de prismas de densidad constante, requiere un alto costo computacional. Esto se debe a que el potencial gravitacional de cada uno de estos prismas tiene que ser calculado para todos los puntos de una malla de observación previamente definida, lo cual resulta en una carga computacional de gran escala. En este trabajo introducimos un diseño híbrido y su implementación paralela basada en OpenMP y MPI, para el cálculo de las componentes vectoriales del campo gravimétrico (G_x, G_y, G_z) y las componentes del tensor gravimétrico (G_xx, G_xy, G_zz, G_yy, G_yz, G_zz). El rendimiento obtenido conlleva a óptimas relaciones del speed-up, ya que el tiempo de cómputo es drásticamente reducido. La técnica de paralelización aplicada consiste en descomponer el problema en grupos de prismas y utilizar diferentes espacios de memoria por núcleo de procesamiento, con el fin de evitar los problemas de cuello de botella cuando se accesa a la memoria compartida de un nodo del cluster, que se producen generalmente cuando varios hilos de ejecución acceden a la misma región en OpenMP. Debido a que OpenMP solo puede utilizarse en sistemas de memoria compartida es necesario utilizar MPI para la distribución del cálculo entre los nodos del cluster, dando como resultado un código híbrido OpenMP+MPI altamente eficiente con un speed-up prácticamente perfecto. Adicionalmente los resultados numéricos fueron validados con respecto a su contraparte secuencial.