Algoritmo em GPGPU para Acelerar a Determinação do Campo Acústico Produzido por Transdutor Ultrassônico Circular com Excitação Contínua

  • Alberto Lemos Duran Universidade de São Paulo
  • André K. Sato Universidade de São Paulo
  • Agesinaldo M. Silva Jr Universidade de São Paulo
  • Ediguer E. Franco Universidad Autónoma de Occidente Cali
  • Flávio Buiochi Universidade de São Paulo
  • Thiago C. Martins Universidade de São Paulo
  • Júlio C. Adamowski Universidade de São Paulo
  • Marcos S. G. Tsuzuki Universidade de São Paulo
Keywords: Ultrassom, Campo acústico, GPU, Integral de Rayleigh, GFLOPS

Abstract

Este trabalho apresenta um algoritmo implementado em GPU, para calcular o campo acústico produzido por um transdutor ultrassônico com excitação contínua, emitindo em água. A pressão acústica em um ponto do espaço, na frente do transdutor, é calculada mediante a integral de Rayleigh, a qual utiliza o princípio de Huygens para considerar o campo de pressão como a soma da contribuição de um número infinito de fontes pontuais. Dado que a pressão em cada ponto do espaço pode ser calculada de forma independente, o algoritmo pode ser executado em paralelo, aproveitando a vantagem dos núcleos da GPU. Foi analisado o desempenho do algoritmo proposto realizando alguns testes na faixa de frequência de 0,25 a 5,0 MHz. A superfície de emissão foi discretizada com a finalidade de obter um determinado número de elementos finitos de área. Foi possível validar os campos acústicos simulados usando o valor teórico da pressão ao longo do eixo de simetria do transdutor. Adicionalmente, a análise de desempenho mostrou que a GPU foi 50 vezes mais rápida que a CPU, para os problemas mais demandantes.

Published
2020-12-07
Section
Articles