Aplicații ale calculului paralel în modelarea climei, starea vremii

Calculul paralel reprezintă procesul prin care o problemă este adaptată sau împărţită în mai multe subprobleme de tip similar sau chiar identic între ele, astfel încât problema iniţială să poată fi rezolvată prin execuţia în paralel, pe mai multe procesoare. Instrucţiunile folosite de procesoare în vederea rezolvării problemei pot fi identice, similare sau chiar diferite.

Avantajul principal al acestei metode se poate sintetiza folosind sintagma ,, mai mult - mai repede ”, şi anume faptul că se pot rezolva mai multe probleme într-un timp mai scurt, faţă de calculul clasic (secvenţial). Astfel, putem concluziona faptul că economisirea timpului şi rezolvarea unor probleme complexe sunt principalele avantaje ale acestui sistem. Cu toate acestea, indiferent de cât de rapid este un computer, întotdeauna vor exista probleme mai complexe care vor necesita mai multă putere de calcul.

Domeniile cele mai des întâlnite ce folosesc calcului paralel sunt :

-Prezicerea vremii şi a climei

-Activitatea geologică şi seismică

-Randarea imaginilor în activităţi din cadrul cinematografiei

-Proiecatarea circuitelor electronice

-Coordonarea proceselor de producţie

-Modelarea reacţiilor chimice şi nucleare

-Baze de date paralele, data-mining

-Diagnosticarea medicală susţinută de computer.

Sistemul de calcul paralel reprezintă sistemul de calcul (computerul) dotat cu mai multe procesoare care pot lucra în paralel.

Primul computer care a folosit sistemul de calcul paralel a apărut în anul 1960 la Universitatea Illinois din Statele Unite ale Americii. Deşi a fost proiectat pentru un număr de 256 de procesoare, aşezate pe 4 cadre (64 de procesoare per cadru), acesta a fost implementat cu un singur cadru de procesoare, respectiv 64.

Chiar şi aşa primul supercomputer şi-a demonstrat utilitatea, însă a ridicat mici probleme pe partea de programare şi utilizare. Arhitectura acestuia de interconectare era de tip grilă 2D, iar dimensiunile fizice erau considerabile.

Alte sisteme capabile de calcul paralel sunt :

Prezentarea principiului de funcţionare

Un exemplu foarte simplu si foarte elocvent totodată al calculului paralel îl reprezintă împărţirea foilor de examen studenţilor de către un profesor.

Astfel, dacă aplicăm modul clasic, secvenţial, profesorul va da teancul de hârtii unui student, acesta îşi va opri o foaia, cea pe care sunt subiectele, şi va da restul de hârtii mai departe, procesul repetându-se până ce toţi studenţii au o foaia cu subiectele examenului. Acest lucru l-am ilustrat în figura ,,CAZUL 1” următoare:

CAZUL 1

Observăm în acest caz circuitul foilor de examen şi putem aproxima durata rezolvării procesului sau problemei de împărţire a foilor de examen în mod secvenţial.

În cazul folosirii calculului paralel, mai mulţi profesori ( asimilând astfel numărul profesorilor cu numărul procesoarelor ) vor împărţi pe fiecare rând un număr de foi egal cu numărul studenţilor dintr-o bancă, fiecare student oprindu-şi o foaie şi dând restul mai departe, însă numai de la stânga la dreapta. Acest lucru l-am ilustrat în figura ,,CAZUL 2” ce urmează :

,CAZUL 2

Observăm astfel că, procesul nu este doar unul mai simplu, ci şi mai rapid. Astfel, folosind un număr mai mare de profesori, asistenţi ş.a. ( respectiv procesoare ), procesul sau problema împărţirii foilor de examen este şi mai simplu şi mai rapid, demonstrând astfel şi autenticitatea sintagmei anterior mennţionate ,, mai repede - mai mult ”.