A GPU accelerated solver for DNS of homogeneous isotropic turbulence

A pseudo-spectral code for the direct numerical simulation of incompressible Navier-Stokes equations for homogeneous isotropic turbulence is presented. The program is developed to run on graphical processing units (GPUs), exploiting the massive parallelism of modern GPU architectures. The pseudo- spectral method is based on Fourier transforms: the code works in wavenumbers domain, but non linearities are handled in physical domain instead of executing expensive complex convolution computations. The GPU can handle thousands of concurrent threads since it is composed of hundreds of cores, opposed to a low number of threads concurrently running on a CPU. This characteristic makes operating on large data like matrices very efficient, providing a substantial speed-up compared to traditional CPU parallel code.

Questo lavoro presenta un codice pseudo-spettrale per la simulazione numerica diretta delle equazioni di Navier-Stokes applicate ad una turbolenza omogenea isotropa. Il programma `e sviluppato per essere eseguito sul processore grafico (GPU) sfruttando la natura altamente parallela dei più recenti prodotti di questo tipo. Il metodo pseudo-spettrale si basa sulla trasformata di Fourier: il programma lavora nello spazio dei numeri d’onda ma le non linearità sono trattate nello spazio fisico invece di effettuare convoluzioni nello spazio complesso. La GPU può gestire migliaia di processi simultaneamente essendo composta da centinaia di processori, contrariamente al ridotto numero di processi gestibili contemporaneamente da una CPU. Questa caratteristica permette di operare su grandi strutture dati come matrici in modo molto efficiente, ottenendo un'accelerazione significativa rispetto a un codice parallelo classico per CPU.