Relazione sul calcolo parallelo

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Relazione sul Calcolo Parallelo realizzata per il Corso di Sistemi Operativi (Prof. Enzo Mumolo) da Lorenzo Sabbatini 1. Introduzione al calcolo parallelo Negli ultimi dieci anni il calcolo ad alta performance (HPC - High Performance Computing) è diventato uno strumento essenziale in numerose discipline scientifiche e tecnologiche come la climatologia, la ricerca della fisica del plasma, studi dei materiali, elettromagnetismo, biomedica, fluidodinamica e robotica. Strutture teoriche in grado di predire risultati accurati richiedono un'enorme potenza computazionale per produrre progressi rilevanti in questi campi in tempi ragionevoli. La fisica computazionale ha, in certi casi, fornito informazioni rilevanti che si potevano ottenere solo tramite esperimenti molto costosi; infatti, le simulazioni di sistemi complessi su piattaforme ad alta performance sono chiamate "esperimenti computazionali". Il calcolo ad alte prestazioni non dipende solo dall'uso di piattaforme computazionali sempre più veloci, ma anche dalla realizzazione di modelli, algoritmi, codici. Questi due obiettivi si possono ottenere solo tramite la congiunzione di diverse discipline e capacità dove le tecniche di sviluppo di modelli e gli algoritmi da una parte, e i metodi computazionali dall'altra, contribuiscono in egual misura all'esecuzione di esperimenti simulati. Come esempio si può citare la CFD (Computational Fluid Dynamics) il cui scopo principale è lo studio della turbolenza. Il termine turbolenza indica lo stato dinamico di un fluido. Le quantità fisiche associate a questo stato, come le velocità locali, la temperatura e la pressione, esibiscono fluttuazioni caotiche nel tempo e nello spazio. L'interesse per i flussi turbolenti non è solo derivato dal desiderio di capirne la fisica, ma anche dal fatto che molte applicazioni tecnologiche necessitano di "predire" il loro comportamento. La "combustione turbolenta" è uno di quei campi che presentano maggiori sfide. Questo fenomeno è attualmente oggetto di un sempre maggior interesse in ambito sia industriale che ambientale. Infatti, la gran parte degli studi fatti é mirata ad aumentare l'efficienza della combustione e allo stesso tempo a ridurre il livello di emissioni dannose. Perciò, qualsiasi passo in avanti compiuto in questo campo potrà aiutare a risolvere molti dei problemi pratici di tutti i giorni. Per quanto riguarda la fluidodinamica, si rivolge l'attenzione alla conoscenza della struttura spaziale della turbolenza e al suo sviluppo temporale. Tali informazioni sono difficili da ottenere in un esperimento di laboratorio perché bisogna eseguire misure simultanee in istanti e posizioni diverse. Poiché le equazioni del moto del fluido sono ben note, sono risolte con tecniche numeriche tipiche della CFD. Il principale vantaggio di questo approccio è che fornisce informazioni dettagliate sulle strutture tridimensionali del fl Continua »