Numerical simulation of tsunamis generated by landslides on multiple GPUs

Abstract

In this work we propose a two-layer Savage–Hutter type model that is the natural extension of the 1D system proposed by E. D. Fernández-Nieto et al in 2008 to simulate tsunamis generated by landslides. We describe a single GPU and a multi-GPU implementation of this model using MPI and the CUDA framework over structured meshes. The distributed implementation is tested for several artificial and realistic problems using up to 24 GPUs. We also propose a static and a dynamic load balancing algorithm in order to deal with the unbalanced computational load due to different amount of wet and dry areas among the subdomains. The validity of the model is tested by simulating the tsunami occurred in Lituya Bay, Alaska, in 1958. Numerical experiments show the efficiency of the multi-GPU solver, the usefulness of the load balancing algorithms and the validity of the model to simulate real tsunamis generated by landslides.

En este trabajo proponemos un modelo tipo Savage-Hutter de dos capas que es la extensión natural del sistema 1D propuesto por E. D. Fernández-Nieto y otros en 2008 para simular tsunamis generados por deslizamientos de tierra. Describimos una implementación de este modelo en una GPU y en varias GPUs utilizando MPI y el framework CUDA sobre mallas estructuradas. La implementación distribuida se prueba para varios problemas artificiales y realistas utilizando hasta 24 GPUs. También proponemos un algoritmo de equilibrado de carga estático y otro dinámico para hacer frente a la carga computacional desequilibrada debida a la diferente cantidad de zonas húmedas y secas entre los subdominios. La validez del modelo se comprueba simulando el tsunami ocurrido en Lituya Bay, Alaska, en 1958. Los experimentos numéricos muestran la eficacia del resolvedor multi-GPU, la utilidad de los algoritmos de equilibrado de carga y la validez del modelo para simular tsunamis reales generados por deslizamientos de tierra.