Compresión de datos sísmicos para reducir la limitación del ancho de banda del puerto PCIe

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dc.contributor.advisorCastillo Villar, Javier
dc.contributor.advisorReyes Torres, Óscar Mauricio
dc.contributor.authorFajardo Ariza, Carlos Augusto
dc.contributor.evaluatorMozos Muñoz, Daniel
dc.contributor.evaluatorSepúlveda Sepúlveda, Franklin Alexander
dc.contributor.evaluatorAguilera Bermúdez, Ernesto
dc.contributor.evaluatorArgüello Fuentes, Henry
dc.contributor.evaluatorContreras Ortiz, Sonia Helena
dc.date.accessioned2022-04-01T04:53:43Z
dc.date.available2022-04-01T04:53:43Z
dc.date.created2016
dc.date.issued2016
dc.description.abstractNosotros proponemos una estrategia para reducir el impacto del cuello de botella Entrada/Salida en un cluster heterogéneo, en el contexto de las aplicaciones sísmicos. La estrategia está basada en un proceso de compresión/descompresión optimizada. La estrategia comprime los datos en campo, mientras son adquiridos, usando un algoritmo de compresión optimizado. Las operaciones de transferencia desde la memoria principal hasta la memoria del nodo son ejecutadas usando los datos comprimidos para reducir el tiempo de transferencia. La descompresión de los datos es ejecutada dentro del nodo antes de que el dato sea procesado. La estrategia se diseñó para dos tipos de clústeres heterogéneos. El primer tipo de clúster usa GPUs y el segundo usa FPGAs. Por un lado, nuestros resultados muestran que las etapas secuenciales en el proceso de descompresión se convierten rápidamente en un cuello de botella en el cluster basado en GPUs. De otro lado, la implementación de la estrategia en un clúster basado en FPGAs, nos permitió proponer una arquitectura computacional especifica, la cual se optimizó para las etapas secuenciales del proceso de descompresión. La implementación de nuestra estrategia en un cluster con FPGAs puede acelerar el proceso de transferencia hasta 10× para una relación de compresión de 16 : 1 y hasta 3× para una relación de compresión de 7 : 1. Por consiguiente, nuestra estrategia efectivamente reduce el impacto del cuello de botella de Entrada/Salida de datos y puede mejorar el rendimiento general de un cluster basado en FPGAs.
dc.description.abstractenglishWe propose a strategy based on an optimized compression/decompression process to reduce the impact of the I/O bottleneck in a heterogeneous cluster, using seismic data as study case. Our strategy involves to compress the seismic data on-site while they are being acquired by a custom lossy compression algorithm. The transfer operations, from the disk to the node memory, are performed by using compressed data to reduce the I/O transfer time. Decompression occurs in the node before the data is processed. We designed the strategy for two types of clusters widely used in computationally intensive algorithms, such as seismic applications. The first type of cluster is a GPU-based and the second one is an FPGA-based cluster. On the one hand, our results show that the use of a GPU-based cluster to perform the sequential stages of the decompression process generates a bottleneck because this architecture is not optimized for serial processes. On the other hand, the implementation of the strategy in an FPGA-based cluster allows us to propose a custom architecture, which is optimized for the sequential stages of the decompression process. This optimized architecture let us to overcome the bottleneck created by the sequential stages of the decompression process. Our results show that the speedup in the transfer process (including the decompression pro-cess) strongly depends on the compression ratio: as the compression ratio increases, the speedup in the transfer process improves. The implementation of our strategy into an FPGA-based cluster can speed up the transfer operations up to 10× for a compression ratio of 16:1 and up to 3× for a compression ratio of 7:1. Therefore, our strategy effectively reduces the impact of the I/O bottleneck and can improve the cluster’s overall performance.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001365390
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8995-4585
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9584
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería: Área Ingeniería Electrónica
dc.publisher.schoolEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectCompresión
dc.subjectCuello de botella
dc.subjectDatos sísmicos
dc.subjectEntrada/Salida
dc.subjectFPGA
dc.subjectGPU
dc.subjectHPC
dc.subjectHuffman
dc.subjectTransformación Wavelet
dc.subject.keywordCompression
dc.subject.keywordFPGA
dc.subject.keywordGPU
dc.subject.keywordHPC
dc.subject.keywordHuffman
dc.subject.keywordSeismic Data
dc.subject.keywordWavelet Transform
dc.titleCompresión de datos sísmicos para reducir la limitación del ancho de banda del puerto PCIe
dc.title.englishSeismic data compression to reduce the PCIe bandwidth limitation
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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Doctorado en Ingeniería: Área Ingeniería Electrónica