Distributed multi-node, multi-GPU, heterogeneous system for 3D image reconstruction in Electrical Capacitance Tomography – network performance and application analysis

• Autorzy: Kapusta P. , Majchrowicz M. , Sankowski D. , Jackowska-Strumiłło L. , Banasiak R.

Warianty tytułu

PL

Rozproszony, wielowęzłowy, heterogeniczny system multi-GPU do celów rekonstrukcji obrazów 3D w elektrycznej tomografii pojemnościowej – analiza wydajności sieciowej oraz zastosowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

3D ECT provides a lot of challenging computational issues as image reconstruction requires execution of many basic operations of linear algebra, especially when the solutions are based on Finite Element Method. In order to reach real-time reconstruction a 3D ECT computational subsystem has to be able to transform capacitance data into image in fractions of seconds. By performing computations in parallel and in a distributed, heterogeneous, multi-GPU environment a significant speed-up can be achieved. Nevertheless performed tests clearly illustrate the need for developing a highly optimized distributed platform, which would mitigate existing hardware and software limitations.

PL

3D ECT zapewnia wiele złożonych problemów obliczeniowych, jako, że rekonstrukcja obrazu wymaga wykonania wielu podstawowych operacji algebry liniowej, zwłaszcza, gdy rozwiązania oparte są na Metodzie Elementów Skończonych. W celu osiągnięcia rekonstrukcji w czasie rzeczywistym system obliczeniowy musi być zdolny do przekształcania danych pomiarowych na obraz w ułamkach sekund. Poprzez wykonywanie obliczeń w sposób równoległy, z wykorzystaniem rozproszonego środowiska heterogenicznego multi-GPU można uzyskać znaczne ich przyspieszenie. Niemniej przeprowadzone badania wyraźnie pokazują potrzebę opracowania wysoce zoptymalizowanej, rozproszonej platformy, która pozwoliłaby na ominięcie istniejących ograniczeń sprzętowych i programowych.

Słowa kluczowe

EN

parallel computations; distributed computations; electrical capacitance tomography; finite element method

PL

obliczenia równoległe; obliczenia rozproszone; elektryczna tomografia pojemnościowa; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 89, nr 2b
• Strony: 339--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kapusta P.

• Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki Stosowanej

autor

Majchrowicz M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki Stosowanej

autor

Sankowski D.

• Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki Stosowanej

autor

Jackowska-Strumiłło L.

• Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki Stosowanej

autor

Banasiak R.

• Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Wajman R., Banasiak R., Mazurkiewicz Ł., Dyakowski T., Sankowski D., Spatial imaging with 3D capacitance measurements, Measurement Science and Technology, vol. 17 (2006), no. 8, 2113-2118.
• [2] Soleimani M., Three-dimensional electrical capacitance tomography imaging, Insight, Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, vol. 48 (2006), No. 10, 613-617
• [3] Warsito W., Fan L-S., Development of 3-Dimensional Electrical Capacitance Tomography Based on Neural Network Multicriterion Optimization Image Reconstruction, proc. of 3rd World Congress on Industrial Process Tomography (Banff), (2003), 942-947
• [4] Lionheart B., Reconstruction algorithms for permittivity and conductivity imaging, Proceedings of 2nd World Congress on Industrial Process Tomography, (2001), 4–11
• [5] Yang W. Q., Peng L., Image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography, Measurement Science and Technology IOP Journal, 14 (2003)
• [6] Banasiak R., Wajman R., Soleimani M., An efficient nodal jacobian method for 3d electrical capacitance image reconstruction, Insight Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, vol. 51 (2009), no. 1, 36–38
• [7] Banasiak R., Wajman R., Sankowski D., Soleimani M., Threedimensional nonlinear inversion of electrical capacitance tomography data using a complete sensor model, Progress In Electromagnetics Research PIER, vol. 100 (2010), 219-234
• [8] Majchrowicz M., Kapusta P., Sankowski D., Accelerating image reconstruction in electrical capacitance tomography using OpenCL technology in heterogeneous systems, XVII International Conference on Information Technology Systems. Theory, Design, Implementations, Applications, (2010)
• [9] Kapusta P., Majchrowicz M., Banasiak R., Trudności w rekonstrukcji obrazu w czasie rzeczywistym na podstawie danych uzyskanych z pomocą elektrycznej tomografii pojemnościowej w systemach równoległych i rozproszonych, Metody wytwarzania i zastosowania systemów czasu rzeczywistego, (2010), 309 – 498
• [10] Kapusta P., Majchrowicz M., Accelerating Image reconstruction algorithms in Electrical Capacitance Tomography using Multi- GPU system, Advanced Numerical Modelling, (2011), 47 - 49
• [11] Sikora J., Podstawy Metody Elementów Skończonych: Zagadnienia potencjalne, Wydawnictwo IEL, (2008)
• [12] Geveler M., Ribbrock D., Göddeke D., Zajac P., Turek S., Efficient Finite Element Geometric Multigrid Solvers for Unstructured Grids on GPUs, Proceedings of the The Second International Conference on Parallel, Distributed, Grid and Cloud Computing for Engineering (PARENG 2011), Ajaccio, Corsica, France, (2011)
• [13] Ruge J.W., Stüben K., Algebraic Multigrid, Multigrid Methods (Frontier in Applied Mathematics), Society for industrial Mathematics, (1994), 73 – 130
• [14] Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T, Flannery B.P, Numerical recipes: The Art of Scientific Computing, Third Edition in C++, Cambridge University Press, (2007)