Simulaciones Pseudo-Espectrales de Alto Desempeño de Corrientes de Gravedad

Abstract

Las corrientes de gravedad están presentes en la naturaleza en escalas geofísicas, y son uno de los principales mecanismos para la transferencia de energía, masa y momento en la atmósfera y el océano. El fuerte comportamiento no lineal de estas corrientes genera una amplia gama de escalas temporales y espaciales que deben ser capturadas en su totalidad para predecir de forma precisa la dinámica del flujo. Para la simulación de estos flujos empleamos un código pseudo-espectral que utiliza expansiones de Fourier en dos direcciones y de Chebyshev en la tercera. Este código se encontraba paralelizado con OpenMP para sistemas de memoria compartida. Aunque en las últimas décadas el avance tecnológico en la industria de la computación ha sido exponencial, las simulaciones directas de turbulencia (DNS) de flujos a números de Reynolds reales todavía son imposibles. No sólo estamos limitados por la capacidad de cálculo de las computadoras de hoy en día, sino que además la capacidad de almacenamiento de memoria es una variable fundamental que determina la viabilidad de una simulación directa de turbulencia. Con el fin de superar esta barrera tecnológica en nuestra investigación de los flujos turbulentos, en este trabajo se implementó la paralelización del código de pseudo-espectral bajo el paradigma de memoria distribuida. Para esto utilizamos el estándar “MPI” (Message Passing Interface) junto con el paquete de estructuras de datos y rutinas “PETSc”. Se presenta una detallada descripción del código, las principales rutinas paralelizadas y un análisis de rendimiento del nuevo código.