Paralelização de métodos de resolução de sistemas lineares esparsos com o DECK em um Cluster de PCs

O objetivo desta dissertação é a paralelização e a avaliação do desempenho de alguns métodos de resolução de sistemas lineares esparsos. O DECK foi utilizado para implementação dos métodos em um cluster de PCs. A presente pesquisa é motivada pela vasta utilização de Sistemas de Equações Lineares em várias áreas científicas, especialmente, na modelagem de fenômenos físicos através de Equações Diferenciais Parciais (EDPs). Nessa área, têm sido desenvolvidas pesquisas pelo GMC-PAD – Grupo de Matemática da Computação e Processamento de Alto Desempenho da UFRGS, para as quais esse trabalho vem contribuindo. Outro fator de motivação para a realização dessa pesquisa é a disponibilidade de um cluster de PCs no Instituto de Informática e do ambiente de programação paralela DECK – Distributed Execution and Communication Kernel. O DECK possibilita a programação em ambientes paralelos com memória distribuída e/ou compartilhada. Ele está sendo desenvolvido pelo grupo de pesquisas GPPD – Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído e com a paralelização dos métodos, nesse ambiente, objetiva-se também validar seu funcionamento e avaliar seu potencial e seu desempenho. Os sistemas lineares originados pela discretização de EDPs têm, em geral, como características a esparsidade e a numerosa quantidade de incógnitas. Devido ao porte dos sistemas, para a resolução é necessária grande quantidade de memória e velocidade de processamento, característicos de computações de alto desempenho. Dois métodos de resolução foram estudados e paralelizados, um da classe dos métodos diretos, o Algoritmo de Thomas e outro da classe dos iterativos, o Gradiente Conjugado. A forma de paralelizar um método é completamente diferente do outro. Isso porque o método iterativo é formado por operações básicas de álgebra linear, e o método direto é formado por operações elementares entre linhas e colunas da matriz dos coeficientes do sistema linear. Isso permitiu a investigação e experimentação de formas distintas de paralelismo. Do método do Gradiente Conjugado, foram feitas a versão sem précondicionamento e versões pré-condicionadas com o pré-condicionador Diagonal e com o pré-condicionador Polinomial. Do Algoritmo de Thomas, devido a sua formulação, somente a versão básica foi feita. Após a paralelização dos métodos de resolução, avaliou-se o desempenho dos algoritmos paralelos no cluster, através da realização de medidas do tempo de execução e foram calculados o speedup e a eficiência. As medidas empíricas foram realizadas com variações na ordem dos sistemas resolvidos e no número de nodos utilizados do cluster. Essa avaliação também envolveu a comparação entre as complexidades dos algoritmos seqüenciais e a complexidade dos algoritmos paralelos dos métodos. Esta pesquisa demonstra o desempenho de métodos de resolução de sistemas lineares esparsos em um ambiente de alto desempenho, bem como as potencialidades do DECK. Aplicações que envolvam a resolução desses sistemas podem ser realizadas no cluster, a partir do que já foi desenvolvido, bem como, a investigação de précondicionadores, comparação do desempenho com outros métodos de resolução e paralelização dos métodos com outras ferramentas possibilitando uma melhor avaliação do DECK.

Paralelizações de métodos numéricos em clusters empregando as bibliotecas MPICH, DECK e Pthread

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e empregar técnicas e estruturas de dados agrupadas visando paralelizar os métodos do subespaço de Krylov, fazendo-se uso de diversas ferramentas e abordagens. A partir dos resultados é feita uma análise comparativa de desemvpenho destas ferramentas e abordagens. As paralelizações aqui desenvolvidas foram projetadas para serem executadas em um arquitetura formada por um agregado de máquinas indepentes e multiprocessadas (Cluster), ou seja , são considerados o paralelismo e intra-nodos. Para auxiliar a programação paralela em clusters foram, e estão sendo, desenvolvidas diferentes ferramentas (bibliotecas) que visam a exploração dos dois níveis de paralelismo existentes neste tipo de arquitetura. Neste trabalho emprega-se diferentes bibliotecas de troca de mensagens e de criação de threads para a exploração do paralelismo inter-nodos e intra-nodos. As bibliotecas adotadas são o DECK e o MPICH e a Pthread. Um dos itens a serem analisados nestes trabalho é acomparação do desempenho obtido com essas bibliotecas.O outro item é a análise da influência no desemepnho quando quando tulizadas múltiplas threads no paralelismo em clusters multiprocessados. Os métodos paralelizados nesse trabalho são o Gradiente Conjugação (GC) e o Resíduo Mínmo Generalizado (GMRES), quepodem ser adotados, respectivamente, para solução de sistemas de equações lineares sintéticos positivos e definidos e não simétricas. Tais sistemas surgem da discretização, por exemplo, dos modelos da hidrodinâmica e do transporte de massa que estão sendo desenvolvidos no GMCPAD. A utilização desses métodos é justificada pelo fato de serem métodos iterativos, o que os torna adequados à solução de sistemas de equações esparsas e de grande porte. Na solução desses sistemas através desses métodos iterativos paralelizados faz-se necessário o particionamento do domínio do problema, o qual deve ser feito visando um bom balanceamento de carga e minimização das fronteiras entre os sub-domínios. A estrutura de dados desenvolvida para os métodos paralelizados nesse trabalho permite que eles sejam adotados para solução de sistemas de equações gerados a partir de qualquer tipo de particionamento, pois o formato de armazenamento de dados adotado supre qualquer tipo de dependência de dados. Além disso, nesse trabalho são adotadas duas estratégias de ordenação para as comunicações, estratégias essas que podem ser importantes quando se considera a portabilidade das paralelizações para máquinas interligadas por redes de interconexão com buffer de tamanho insuficiente para evitar a ocorrência de dealock. Os resultados obtidos nessa dissertação contribuem nos trabalhos do GMCPAD, pois as paralelizações são adotadas em aplicações que estão sendo desenvolvidas no grupo.

Sistema Aldeia : programação paralela e distribuída em Java sobre Infiniband e DECK

Esse trabalho de dissertação está incluído no contexto das pesquisas realizadas no Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído da UFRGS. Ele aborda as áreas da computação de alto desempenho, interfaces simples de programação e de sistemas de interconexão de redes velozes. A máquina paralela formada por agregados (clusters) tem se destacado por apresentar os recursos computacionais necessários às aplicações intensivas que necessitam de alto desempenho. Referente a interfaces de programação, Java tem se mostrado uma boa opção para a escrita de aplicações paralelas por oferecer os sistemas de RMI e de soquetes que realizam comunicação entre dois computadores, além de todas as facilidades da orientação a objetos. Na área a respeito de interconexão de rede velozes está emergindo como uma tentativa de padronização a nova tecnologia Infiniband. Ela proporciona uma baixa latência de comunicação e uma alta vazão de dados, além de uma série de vantagens implementadas diretamente no hardware. É neste contexto que se desenvolve o presente trabalho de dissertação de mestrado. O seu tema principal é o sistema Aldeia que reimplementa a interface bastante conhecida de soquetes Java para realizar comunicação assíncrona em agregados formados por redes de sistema. Em especial, o seu foco é redes configuradas com equipamentos Infiniband. O Aldeia objetiva assim preencher a lacuna de desempenho do sistema padrão de soquetes Java, que além de usar TCP/IP possui um caráter síncrono. Além de Infiniband, o Aldeia também procura usufruir dos avanços já realizados na biblioteca DECK, desenvolvida no GPPD da UFRGS. Com a sua adoção, é possível realizar comunicação com uma interface Java sobre redes Myrinet, SCI, além de TCP/IP. Somada a essa vantagem, a utilização do DECK também proporciona a propriedade de geração de rastros para a depuração de programas paralelos escritos com o Aldeia. Uma das grandes vantagens do Aldeia está na sua capacidade de transmitir dados assincronamente. Usando essa técnica, cálculos da aplicação podem ser realizados concorrentemente com as operações pela rede. Por fim, os canais de dados do Aldeia substituem perfeitamente aqueles utilizados para a serialização de objetos. Nesse mesmo caminho, o Aldeia pode ser integrado à sistemas que utilizem a implementação de soquetes Java, agora para operar sobre redes de alta velocidade. Palavras-chave: Arquitetura Infiniband, agregado de computadores, linguagem de programação Java, alto desempenho, interface de programação.

Nitriding in cathodic cage of stainless steel AISI 316: influence of sample position

R.R.M. de Sousa et al. Nitriding in cathodic cage of stainless steel AISI 316: Influence of sample position. Vacuum, [s.l.], n.83, 2009. Disponivel em: . Acesso em: 04 out.2010.

Effect of cooling rate on properties of plasma nitrided AISI 1010 steel

In this work, AISI 1010 steel samples were plasma nitrided into 20% N 2 100 Pa and 400 Pa for N 2 and H 2 , respectively), temperatures of 500 and 580 °C, during 2 h. Three different procedures for cooling were accomplished after nitriding. In the first procedure the cooling occurred naturally, that is, the sample was kept on substrate holder. In the second one the sample was pulled off and cooling in a cold surface. Finally, in the third cooling process the sample was pulled off the substrate holder down into special reservoir filled with oil held at ambient temperature. The properties of the AISI 1010 steel samples were characterized by optical and electron microscopy, X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy and microhardness tests. Thermal gradient inside the sample kept on substrate holder during cooling process was measured by three inserted thermocouples at different depths. When samples were cooled rapidly the transformation of ϵ-Fe 2 − 3 N to γ′-Fe 4 N was inhibited. Such effect is indicated by the high concentration of ϵ-Fe compound zone. To get solid state solution of nitrogen in the diffusion zone, instead of precipitates of nitride phases, the cooling rate should be higher than a critical value of about 0.95 °C/s. When this value is reached at any depth of the diffusion zone, two distinct diffusion zones will appear. Temperature gradients were measured inside the samples as a consequence of the plasma treatment. It's suggested the need for standardization of the term “treatment temperature” for plasma treatment because different nitrided layer properties could be reported for the same “treatment temperature”.

Activity of disinfectants against foodborne pathogens in suspension and adhered to stainless steel surfaces

The purpose of this study was to investigate and compare the efficacy of various disinfectants on planktonic cells and biofilm cells of Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Numbers of viable biofilm cells decreased after treatment with all tested disinfectants (iodine, biguanide, quaternary ammonium compounds, peracetic acid and sodium hypochlorite). Sodium hypochlorite was the most effective disinfectant against biofilm cells, while biguanide was the least effective. Scanning electron microscopy observations revealed that cells adhered on stainless steel surface after treatment with the disinfectants. No viable planktonic cells were observed after treatment with the same disinfectants. Based on our findings, we concluded that biofilm cells might be more resistant to disinfectants than plancktonic cells.

Experience gained and difficulties in performing dynamic load test in composite piles made with steel rails

The results of dynamic instrumentation in two construction sites that used steel rails as pile foundation are presented in this paper. The first dynamic load tests were executed in piles made by single steel rails of the type TR32 and TR37. In the second group of dynamic tests, the piles were made by a composition of two and three steel rails of the same type TR37. The difficulties in placing the sensors, the effect of hammer blow eccentricity and the influence of the non-uniform welding along the pile length are presented in detail and discussed.

Enhanced corrosion resistance of AISI H13 steel treated by nitrogen plasma immersion ion implantation

Electrochemical corrosion measurements of AISI H13 steel treated by Pill process in 3.5% (wt) NaCl solution were investigated. So far the corrosion behavior of AISI H 13 steel by Pill has not been studied. The electrochemical results are correlated with the surface morphology, nitrogen content and hardness of the nitride layer. Ion implantation of nitrogen into H 13 steel was carried out by Pill technique. SEM examination revealed a generalized corrosion and porosity over all analyzed sample surfaces. Penetration of nitrogen reaching more than 20 gm was achieved at 450 degrees C and hardness as high as 1340 HV (factor of 2.7 enhancement over standard tempered and annealed H 13) was reached by a high power, 9 h Pill treatment. The corrosion behavior of the samples was studied by potentiodynamic polarization method. The noblest corrosion behavior was observed for the samples treated by PIII at 450 degrees C, during 9 h. Anodic branches of polarization curves of PIII processed samples show a passive region associated with the formation of a protective film. The passive region current density of PIII treated H13 samples (3.5 x 10(-6) A/cm(2)) is about 270 times lower than the one of untreated specimens, which demonstrates the higher corrosion resistance for the Pill treated H 13 samples. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of the high temperature plasma immersion ion implantation (PIII) of nitrogen in AISI H13 steel

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Corrosion resistance enhancement of SAE 1020 steel after Chromium implantation by nitrogen ion recoil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

FeNbP in ultra-low carbon Nb-added steel containing high P

Precipitation of FeTiP is reported to occur in Ti-added IF steels containing high P during thermomechanical processing. An ultra-low carbon (ULC) Nb-added steel ingot containing a higher P content (< 0.8 wt-%) was produced via aluminothermic reduction of Fe2O3 followed by double electron beam melting (EBM). FeNbP coarse precipitates were observed in the as-cast microstructure. After soaking at 1050C for 1 h, the plate was hot rolled from 31 mm down to 7 mm in thickness (total reduction of 77%). During cold rolling of these hot bands we observed embrittlement. We believe that this embrittlement can be attributed to the presence of the FeNbP precipitates. Light optical and scanning electron microscopy (SEM/EDS) were used to characterize the microstructure of this ULC steel. (C) 2000 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of electroless nickel interlayer on the fatigue strength of chromium electroplated AISI 4340 steel

Deposition of wear-resistant hard chromium plating leads to a decrease in the fatigue strength of the base material. Despite the effective protection against wear and corrosion, fatigue life and environmental requirements result in pressure to identify alternatives or to improve conventional chromium electroplating mechanical characteristics. An interesting, environmentally safer and cleaner alternative for the replacement of hard chronic plating is tungsten carbide thermal spray coating, applied by high velocity oxyfuel (HVOF) process.To improve the fatigue strength of aeronautical steel chromium electroplated, shot peening is a successfully used method. Multiple lacer systems of coatings are considered to have larger resistance to crack propagation in comparison with simple layer.The aim of this study was to analyze the effect of nickel underplate on the fatigue strength of hard chromium plated AISI 4340 steel in two mechanical conditions: HRc 39 and HRc 52.Rotating bending fatigue tests results indicate that the clectroless nickel plating underlayer is responsible for the increase in fatigue strength of AISI 4340 steel chromium electroplated. This behavior may be attributed to the largest toughness/ductility and compressive residual stresses which, probably, arrested or delayed the inicrocrack propagation from the hard chromium external layer. The compressive residual stress field (CRSF) induced by the electroplating process was determined by X-ray diffraction method. The evolution of fatigue strength compressive residual stress field CRSF and crack sources are discussed and analyzed by SEM. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effect of WC-17Co thermal spray coating by HVOF and hard chromium electroplating on the fatigue life and abrasive wear resistance of AISI 4340 high strength steel

One of the most interesting alternatives for replacement of hard chrome plating is tungsten carbide thermal spray coating applied by the high velocity oxy-fuel (HVOF) process which presents a safer, cleaner and less expensive alternative to chromium plating. The objective of this research is to compare the influence of the tungsten carbide-17cobalt (WC- 17Co) coating applied by high velocity oxy fuel (HVOF) process with that of hard-chromium electroplating on the fatigue strength and abrasive wear of AISI 4340 steel.

Effects of surface treatments on the fatigue strength of AISI 4340 aeronautical steel

Internal residual stresses significantly influence the fatigue strength of coated materials. It is well known that chromium plating is the most used electrodeposited coating for important industrial applications. However, pressure to identify alternatives or to improve the chromium electroplating process have increased in recent years, related to the reduction in fatigue strength of the base material and to environmental requirements. The high efficiency and fluoride free hard chromium electroplating there called accelerated) is an improvement to the conventional process. One environmentally safer and cleaner alternative to hard chromium plating is tungsten carbide thermal spray coating applied by the High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) process. To increase the fatigue strength of chromium plated materials, coating thickness and microcracks density are important parameters to be controlled. Techniques as compressive residual stresses induced by shot peening and multilayers, are also used. The aim of this study was to analyse the effects on AISI 4340 steel, in the rotating bending fatigue behaviour, of the: tungsten carbide thermal spray coating applied by HP/HVOF process; chemical nickel underplate, and shot peening process applied before coating deposition, in comparison to hard chromium electroplatings. Rotating bending fatigue test results indicate better performance for the conventional hard chromium plating in relation to the accelerated hard chromium electroplating. Tungsten carbide thermal spray coating and accelerated hard chromium plate over nickel resulted in higher fatigue strength when compared to samples conventional or accelerated hard chromium plated. Shot peening showed to be an excellent alternative to increase fatigue strength of AISI 4340 steel hard chromium electroplated. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Evaluation of WC-17Co and WC-10Co-4Cr thermal spray coatings by HVOF on the fatigue and corrosion strength of AISI 4340 steel

It is known that chromium electroplating is related to the reduction in the fatigue strength of base metal. However, chromium results in protection against wear and corrosion combined with chemical resistance and good lubricity. Environmental requirements are an important point to be considered in the search for possible alternatives to hard chrome plating. Aircraft landing gear manufactures are considering WC thermal spray coating applied by the high-velocity oxygen-fuel (HVOF) process an alternative candidate, which shows performance at least comparable to results, obtained for hard chrome plating. The aim of this study is to compare the influence of WC-17Co and WC-10Co-4Cr coatings applied by HVOF process and hard chromium electroplating on the fatigue strength of AISI 4340 steel, with and without shot peening. S-N curves were obtained in axial fatigue test for base material, chromium plated and tungsten carbide coated specimens. Tungsten carbide thermal spray coating results in higher fatigue strength when compared to hard chromium electroplated. Shot peening prior to thermal spraying showed to be an excellent alternative to increase fatigue strength of AISI 4340 steel. Experimental data showed higher axial fatigue and corrosion resistance in salt fog exposure for samples WC-10Co-4Cr HVOF coated when compared with WC-17Co. Fracture surface analysis by scanning electron microscopy (SEM) indicated the existence of a uniform coverage of nearly all substrates. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.