Análisis del rendimiento y optimización de un código numérico paralelo para el cálculo de la emisión en plasmas astrofísicos

Abstract

[ES] La presente memoria expone el trabajo de análisis del rendimiento y optimización de códigos numéricos paralelos, que realizan el cálculo de la emisión en plasmas astrofísicos, estudiados en el trabajo de investigación desarrollado por los miembros del Grupo de Astrofísica Relativista de la Universidad de Valencia. El trabajo optimización se ha llevado a cabo tras un intenso estudio de las necesidades de mejora en ciertos puntos claves de la ejecución de estos códigos, sobretodo nos hemos centrado en la velocidad de ejecución, el consumo de memoria, el espacio de almacenamiento y los requerimientos de ancho de banda. Para ello hemos realizado un perfilado y un muestreado estos códigos en diferentes escenarios, todos ellos tomados de casos reales, y con los resultados obtenidos de este perfil y muestreo, más numerosas pruebas de ejecuciones con diferentes combinaciones de parámetros de entrada, hemos podido tomar decisiones sobre en qué puntos implementar las mejoras en los códigos y las opciones o configuraciones de entrada que dan lugar a resultados, optimizando los aspectos de velocidad, consumo, espacio, etc., antes mencionados. Las mejoras implementadas han sido: la optimización del tiempo total de ejecución y del tamaño de los ficheros de salida, la paralelización de tareas que pueden simultanearse, optimización de del uso de memoria y optimización de la escritura paralela de los ficheros de salida. Con todas estas mejoras, se pretende conseguir unos códigos numéricos altamente eficientes que puedan correr en supercomputadoras de la Red Española de Supercomputación consumiendo el mínimo de recursos posible de estas máquinas y que puedan proporcionar resultados a los investigadores en el menor tiempo posible para que puedan realizar su labor de análisis de los mismos.

[EN] The present work exposes the tasks of analysis of performance and optimization of parallel numerical codes, wich computes the emission in astrophysical plasmas, which are studied in the research work carried out by members of Relativistic Astrophysics Group at the University of Valencia. The optimization work implemented after an intensive study of the needs for improvement in certain key points of the implementation of these codes, specially we focus on execution speed, memory consumption, disk usage and bandwidth requiriments. We have done a profiling and sampling of these codes in different stages, all taken from real cases. We have combined these results obtained with extensive tests of several executions with different configurations of input parameter, in order to make decisions at which points implement improvements in codes and what is the best configuration of these input parameters to reach the best performace. The optimizations implemented were: the optimization of the total execution time, optimization of the output file sizes, optimization in parallel writing of output files and optimization in memory management. With these improvements we want to achieve a highly efficient numerical codes that can run on supercomputers of the Spanish Supercomputing Network, with a minimum possible consumption of resources of these machines and providing results to researchers in the shortest time possible so they can analyze the results.