Detail práce

Large-scale Ultrasound Simulations using Accelerated Clusters

Disertační práce Student: Vaverka Filip Akademický rok: 2022/2023 Vedoucí: Jaroš Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Název česky
Rozsáhlé simulace ultrazvuku za použití akcelerovaných clusterů
Jazyk práce
anglický
Abstrakt

Efektivní využití akcelerovaných HPC clusterů je obzvlášť závislé na efektivitě komunikace použitých algoritmů. Tato práce se tedy věnuje přezkoumání pseudo-spektrálních algorimů používaných pro řešení vlnových problémů převážně v oblasti medicínského ultrazvuku s cílem umožnit jejich běh na akcelerovaných strojích. Je ukázáno, že doménová dekompozice je preferovaný způsob dosažení daného cíle, jelikož řada alternativních přístupů vykazuje výrazně horší numerické vlastnosti.Na základě tohoto přístupu a k-Wave modelu ultrazvuku, široce používaného v medicíně, je navržen nový simulační algoritmus. Následnými experimenty je ukázáno, že tento přístup dosahuje až 7.5x zrychlení a dosahuje téměř perfektního slabého škálování až do 512 GPU akcelerovaných uzlů. Zároveň toto řešení umožňuje plné využití výpočetních uzlů s několika GPU akcelerátory a pokročilým propojením jako je NVIDIA DGX-2 s NVLink. Tato metoda také nabízí možnost flexibilní volby mezi přesností a efektivitou. Volbou hloubky překryvu subdomén lze dosáhnout jak přesnosti srovnatelné s původní k-Space metodou, tak i maximalizovat výkon při zachování dostatečné přesnosti.

Klíčová slova

pseudo-spektrální metody, superpočítání, metody doménové dekompozice, lokální Fourierova báze, simulace ultrazvuku v lékařství, nelineární ultrazvuk, HIFU, MPI+X, CUDA, GPU, akcelerované počítání

Ústav
Studijní program
Výpočetní technika a informatika, obor Výpočetní technika a informatika
Soubory
Stav
obhájeno
Obhajoba
26. června 2023
Citace
VAVERKA, Filip. Large-scale Ultrasound Simulations using Accelerated Clusters. Brno, 2022. Disertační práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta informačních technologií. 2023-06-26. Vedoucí práce Jaroš Jiří. Dostupné z: https://www.fit.vut.cz/study/phd-thesis/919/
BibTeX
@phdthesis{FITPT919,
    author = "Filip Vaverka",
    type = "Diserta\v{c}n\'{i} pr\'{a}ce",
    title = "Large-scale Ultrasound Simulations using Accelerated Clusters",
    school = "Vysok\'{e} u\v{c}en\'{i} technick\'{e} v Brn\v{e}, Fakulta informa\v{c}n\'{i}ch technologi\'{i}",
    year = 2023,
    location = "Brno, CZ",
    language = "english",
    url = "https://www.fit.vut.cz/study/phd-thesis/919/"
}
Nahoru