|
|
Acceleration of Axisymetric Ultrasound Simulations
Kukliš, Filip ; Vaverka, Filip (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Simulácia šírenia ultrazvuku prostredníctvom mäkkých biologických tkanív má širokú škálu praktických aplikácií. Patria sem dizajn prevodníkov pre diagnostický a terapeutický ultrazvuk, vývoj nových metód spracovania signálov a zobrazovacích techník, štúdium anomálií ultrazvukových lúčov v heterogénnych médiách, ultrazvuková klasifikácia tkanív, učenie rádiológov používať ultrazvukové zariadenia a interpretáciu ultrazvukových obrazov, modelové vrstvenie medicínskeho obrazu a plánovanie liečby pre ultrazvuk s vysokou intenzitou. Ultrazvuková simulácia však predstavuje výpočtovo zložitý problém, pretože simulačné domény sú veľmi veľké v porovnaní s akustickými vlnovými dĺžkami, ktoré sú predmetom záujmu. Ale ak je problém osovo symetrický, problém môže byť riešený v 2D.To umožňuje spúšťanie simulácií na mriežke s väčším počtom bodov, s menším využitím výpoč- tových zdrojov za kratšiu dobu. Táto práca modeluje a implementuje zrýchlenie vlnovej nelineárnej ultrazvukovej simulácie v axisymetrickom súradnicovom systéme realizovanom v Matlabe pomocou Mex súborov pre diskrétne sínové a kosínové transformácie. Axisymetrická simulácia bola implementovaná v C++ ako open source rozšírenie K-WAVE toolboxu. Kód je optimalizovaný na beh na jednom uzle superpočítaču Salomon (IT4Innovations, Ostrava, Česká republika) s dvoma dvanásť-jadrovými procesormi Intel Xeon E5-2680v3. Na maximalizáciu výpočtovej efektívnosti boli vykonané viaceré optimalizácie kódu. Po prvé, fourierové tramsformácie boli vypočítané pomocou real-to-complex FFT z knižnice FFTW. V porovnaní s complex-to-complex FFT to znížilo čas výpočtu a pamäť spojenú s výpočtom FFT o takmer 50%. Taktiež diskrétne sínové a kosínové transformácie sa počítali pomocou knižnice FFTW, ktoré v Matlab verzii museli byť vyvolané z dynamicky načítaných MEX súborov. Po druhé, aby sa znížilo zaťaženie priepustnosti pamäte, boli všetky operácie počítané jednoduchej presnosti pohyblivej rádovej čiarky. Po tretie, elementárne operá- cie boli paralelizované pomocou OpenMP a potom vektorizované pomocou rozšírení SIMD (SSE). Celkový výpočet C++ verzie je až do 34-násobne rýchlejší a využíva menej ako tretinu pamäte ako Matlab verzia simulácie. Simulácia ktorá by trvala takmer dva dni tak môže byť vypočítaná za jeden a pol hodinu. Toto všetko umožňuje počítať simuláciu na výpočetnej mriežke s veľkosťou 16384 × 8192 bodov v primeranom čase.
|
|
|
Acceleration of Axisymetric Ultrasound Simulations
Kukliš, Filip ; Vaverka, Filip (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Simulácia šírenia ultrazvuku prostredníctvom mäkkých biologických tkanív má širokú škálu praktických aplikácií. Patria sem dizajn prevodníkov pre diagnostický a terapeutický ultrazvuk, vývoj nových metód spracovania signálov a zobrazovacích techník, štúdium anomálií ultrazvukových lúčov v heterogénnych médiách, ultrazvuková klasifikácia tkanív, učenie rádiológov používať ultrazvukové zariadenia a interpretáciu ultrazvukových obrazov, modelové vrstvenie medicínskeho obrazu a plánovanie liečby pre ultrazvuk s vysokou intenzitou. Ultrazvuková simulácia však predstavuje výpočtovo zložitý problém, pretože simulačné domény sú veľmi veľké v porovnaní s akustickými vlnovými dĺžkami, ktoré sú predmetom záujmu. Ale ak je problém osovo symetrický, problém môže byť riešený v 2D.To umožňuje spúšťanie simulácií na mriežke s väčším počtom bodov, s menším využitím výpoč- tových zdrojov za kratšiu dobu. Táto práca modeluje a implementuje zrýchlenie vlnovej nelineárnej ultrazvukovej simulácie v axisymetrickom súradnicovom systéme realizovanom v Matlabe pomocou Mex súborov pre diskrétne sínové a kosínové transformácie. Axisymetrická simulácia bola implementovaná v C++ ako open source rozšírenie K-WAVE toolboxu. Kód je optimalizovaný na beh na jednom uzle superpočítaču Salomon (IT4Innovations, Ostrava, Česká republika) s dvoma dvanásť-jadrovými procesormi Intel Xeon E5-2680v3. Na maximalizáciu výpočtovej efektívnosti boli vykonané viaceré optimalizácie kódu. Po prvé, fourierové tramsformácie boli vypočítané pomocou real-to-complex FFT z knižnice FFTW. V porovnaní s complex-to-complex FFT to znížilo čas výpočtu a pamäť spojenú s výpočtom FFT o takmer 50%. Taktiež diskrétne sínové a kosínové transformácie sa počítali pomocou knižnice FFTW, ktoré v Matlab verzii museli byť vyvolané z dynamicky načítaných MEX súborov. Po druhé, aby sa znížilo zaťaženie priepustnosti pamäte, boli všetky operácie počítané jednoduchej presnosti pohyblivej rádovej čiarky. Po tretie, elementárne operá- cie boli paralelizované pomocou OpenMP a potom vektorizované pomocou rozšírení SIMD (SSE). Celkový výpočet C++ verzie je až do 34-násobne rýchlejší a využíva menej ako tretinu pamäte ako Matlab verzia simulácie. Simulácia ktorá by trvala takmer dva dni tak môže byť vypočítaná za jeden a pol hodinu. Toto všetko umožňuje počítať simuláciu na výpočetnej mriežke s veľkosťou 16384 × 8192 bodov v primeranom čase.
|
guest ::
