intechnguВестник НГУ. Серия: Информационные технологииVestnik NSU. Series: Information Technologies1818-79002410-0420НГУ10.25205/1818-7900-2018-16-4-79-84intechngu-63Research ArticleСтатьиПРИМЕНЕНИЕ FPGA ДЛЯ УСКОРЕНИЯ РАСЧЕТА ВОЛНОВОГО ФРОНТА ЦУНАМИUSING FPGA TO ACCELERATE COMPUTATION OF TSUNAMI WAVEFRONTЛысаковК. Ф.LysakovK. F.lysakov@ngs.ruОблауховК. К.OblaukhovK. K.obko@mail.ruШадринМ. Ю.ShadrinM. Yu.mikesha@sl.iae.nsk.suНовосибирский государственный университет; Институт автоматики и электрометрии СО РАНРоссияNovosibirsk State University; Institute of Automation and Electrometry SB RASRussian FederationНовосибирский государственный университетРоссияNovosibirsk State UniversityRussian Federation2018301020201647984Copyright © Лысаков К.Ф., Облаухов К.К., Шадрин М.Ю., 20202020Лысаков К.Ф., Облаухов К.К., Шадрин М.Ю.Lysakov K.F., Oblaukhov K.K., Shadrin M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://intechngu.elpub.ru/jour/article/view/63

Рассматривается вопрос ускорения численного расчёта распространения волны цунами от очага до берега в рамках дифференциальной модели мелкой воды с применением аппаратного ускорения на базе FPGA. Разработана программная архитектура для расчета системы мелкой воды без учёта внешних сил, являющейся эквивалентной используемой в пакете MOST для численного моделирования движения волны цунами по водной акватории. Численная реализация системы мелкой воды осуществлялась по схеме Мак-Кормака. Точность вычислений разработанного решателя была проверена сравнением с точным решением, известным в случае плоского наклонного дна. Достигнутая точность не уступает, а местами и превосходит точность известного программного пакета MOST.

We consider the problem of speeding up numerical calculation of tsunami wave propagation from source to the coast according to the shallow water system by using FPGA (Field Programmable Gates Array) based hardware acceleration. To compute the solution to shallow water system (neglecting external forces), special software architecture has been developed. This is equivalent to the one used in MOST (Method of Splitting Tsunami) software package to simulate wave movement through the given water area. Numerical solution to the shallow water system was done according to Mac-Cormack scheme. Precision of the developed solver was tested against the known exact solution for the case of plane slope bottom. The achieved accuracy is comparable, or even exceeds, the word recognizable software package MOST.

расчет цунамиускорениеМак-Кормакчисленные моделиFPGAMOSTtsunami simulationcode accelerationFPGAMac-Cormack schemeMOSTnumerical modelsReferencesTitov V. V., Gonzalez F. I. Implementation and testing of the method of splitting tsunami (MOST) model // NOAA Technical Memorandum ERL PMEL-112. 1997.Titov V. V., Gonzalez F. I. Implementation and testing of the method of splitting tsunami (MOST) model // NOAA Technical Memorandum ERL PMEL-112. 1997.Titov V., Gonzalez F., Bezhaev A. Yu., Lavrentiev M. M., Marchuk A. G., Avdeev A. V. Real-Time Tsunami Forecasting: Challenges and Solutions // Proc. of the International Conference “Mathematical Methods in Geophysics”. Novosibirsk, 2003. P. 225-228.Titov V., Gonzalez F., Bezhaev A. Yu., Lavrentiev M. M., Marchuk A. G., Avdeev A. V. Real-Time Tsunami Forecasting: Challenges and Solutions // Proc. of the International Conference “Mathematical Methods in Geophysics”. Novosibirsk, 2003. P. 225-228.Gica E., Spillane М., Titov V., Chamberlin C., Newman J. Development of the forecast propagation database for NOAA’s short-term inundation forecast for tsunamis (SIFT) // NOAA Technical Memorandum. 2008. URL: https://www.ndbc.noaa.gov/dart.shtmlGica E., Spillane М., Titov V., Chamberlin C., Newman J. Development of the forecast propagation database for NOAA’s short-term inundation forecast for tsunamis (SIFT) // NOAA Technical Memorandum. 2008. URL: https://www.ndbc.noaa.gov/dart.shtmlMarchuk A. G. Estimating Tsunami Wave Height over a Sloping Bottom in the Ray Approximation // Numerical Analysis and Applications. 2015. Vol. 8 (4). P. 304-313.Marchuk A. G. Estimating Tsunami Wave Height over a Sloping Bottom in the Ray Approximation // Numerical Analysis and Applications. 2015. Vol. 8 (4). P. 304-313.Lavrentiev M. M., Romanenko A. A., Lysakov K. F. Modern Computer Architecture to Speed-Up Calculation of Tsunami Wave Propagation // Proc. of the Eleventh (2014) Pacific/Asia Offshore Mechanics Symposium. 2014. P. 186-191.Lavrentiev M. M., Romanenko A. A., Lysakov K. F. Modern Computer Architecture to Speed-Up Calculation of Tsunami Wave Propagation // Proc. of the Eleventh (2014) Pacific/Asia Offshore Mechanics Symposium. 2014. P. 186-191.Lavrentiev M. M., Romanenko A. A. Modern software architectures facilities to accelerate calculations // Proc. of the XII International workshop «Supercomputing and Computer modelling», RFNC-VNIIEF. Sarov, 2011. P. 251-256.Lavrentiev M. M., Romanenko A. A. Modern software architectures facilities to accelerate calculations // Proc. of the XII International workshop «Supercomputing and Computer modelling», RFNC-VNIIEF. Sarov, 2011. P. 251-256.Zwagerman M. D. High Level Synthesis, a Use Case Comparison with Hardware Description Language // Master Theses, 2015. URL: https://scholarworks.gvsu.edu/cgi/viewcontent.cgi? referer=&httpsredir=1&article=1754&context=thesesZwagerman M. D. High Level Synthesis, a Use Case Comparison with Hardware Description Language // Master Theses, 2015. URL: https://scholarworks.gvsu.edu/cgi/viewcontent.cgi? referer=&httpsredir=1&article=1754&context=thesesLysakov K. F., Shadrin M. Yu. FPGA Based Hardware Accelerator for High Performance Data-Stream Processing // Pattern Recognition and Image Analysis. 2013. Vol. 23 (1). P. 26-34.Lysakov K. F., Shadrin M. Yu. FPGA Based Hardware Accelerator for High Performance Data-Stream Processing // Pattern Recognition and Image Analysis. 2013. Vol. 23 (1). P. 26-34.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.