Desarrollo de un sistema de simulación del ruido magnético Barkhausen usando la plataforma de alto desempeño CUDA.

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema para la simulación del Ruido Magnético Barkhausen (RMB) utilizando la plataforma computacional CUDA. Para desarrollar este sistema se utilizó el modelo microscópico del RMB, desarrollado anteriormente en el grupo de trabajo. La solución de las ecuaciones diferenciales del modelo se obtuvieron mediante el Método de Diferencias Finitas (MDF), que fue programado en código de ejecución paralela utilizando una GPU. Se presenta el método desarrollado para ejecutar operaciones elemento a elemento y paralelizar los cálculos en la GPU usando la plataforma CUDA. Además se muestran los tiempos de ejecución para la simulación de la señal de RMB usando CPU en MATLAB y GPU en CUDA, demostrándose que la velocidad con la que se realiza la simulación usando la GPU supera hasta 50 veces la velocidad de cálculo usando la CPU. Se lograron simular señales de RMB con una rejilla de hasta 6000x1000 elementos, lo que es equivalente a la región que se encuentra debajo del sensor que se utiliza en el sistema de medición de RMB en aceros del Laboratorio de Evaluación No Destructiva Electromagnética (LENDE) del IPN. Se realizan análisis y comparaciones de señales obtenidas de manera experimental con señales simuladas. Gracias al incremento del tamaño de la muestra en las simulaciones fue posible observar variaciones en la coercitividad del material. El análisis de estas simulaciones permitió proponer una expresión matemática que describe la variación del campo coercitivo con el tamaño de las muestras, lográndose así resultados consistentes con investigaciones anteriores. Abstract. This work presents the development of a simulation system of Magnetic Barkhausen Noise (MBN) in steel using the CUDA platform. This system is based on a microscopic model of MBN developed by our group. The differential equations of this model were solved using he Finite Differences Method (FDM), which was computed using parallel computing code. The developed method allows the execution of element-to-element operations and the parallelization on a GPU using the CUDA platform. In this work runtimes for simulating MBN signal using CPU in MATLAB and GPU in CUDA are shown. The analysis of the computing times reveal that the speed of the model simulation using GPU is up to 50 times faster than the CPU. It was possible to emulate signals corresponding to a grid with up to 6000x1000 elements, which it is equivalent to the region beneath the sensor used in the MBN experimental system. These simulations allow making comparisons between the signals obtained experimentally and the simulated signals. By increasing the sample’s size in the simulations it was possible to observe variations in the coercivity of the material. The analysis of the simulations allows to propose a mathematical expression that describes the change of coercive field with the size of the samples which is consistent with previous research.