GPU-Parallelisierung der Flachwassergleichungen in einer Evakuierungssimulation

Diese Arbeit befasst sich mit der GPU-Parallelisierung der Flachwassergleichungen in einer Evakuierungssimulation von Gebäuden. Die zweidimensionalen Flachwassergleichungen werden in der bestehenden Java-basierten Anwendung (Siemens Crowd Control) zur Berechnung von Wasserflutungsszenarien verwendet. Um die Problemstellung zu lösen, folgt in einem ersten Schritt eine Analyse der bestehenden, seriellen und auf hexagonalen Zellen basierende Implementierung der Wassersimulation. Darauf folgt die GPU-parallelisierte Umsetzung mittels NVIDIA CUDA. Zur Sicherstellung der Kommunikation zwischen Java-Applikation und CUDA-Implementierung wird eine JNI-Schnittstelle eingesetzt, die den Datenaustausch zwischen den beiden Plattformen ermöglicht. Die Umsetzung hat gezeigt, dass bereits durch Anpassungen an der Softwarearchitektur und der Datenstruktur eine erhebliche Optimierung bei der seriellen Verarbeitung auf der CPU erreicht werden konnte. Zudem hat sich herausgestellt, dass durch eine parallelisierte Implementierung auf der GPU eine Verbesserung der Berechnungsgeschwindigkeit eines Referenzszenarios um den Faktor 58 gegenüber der Ausgangslage erreicht werden kann.