×

Alya:超级计算机的计算固体力学。 (英语) Zbl 1348.74007号

摘要:虽然固体力学代码现在是工业和研究领域的传统工具,但这两个领域越来越迫切的需求正在推动对更强大计算能力和更先进算法的需求。由于显而易见的原因,商业代码落后于学术代码,这些学术代码通常用于实现一种新技术,或者用于升级当前的常规代码以解决大规模计算问题。只有在少数情况下,这两种方法被同时采用。本文提出了一种基于混合方法的并行超级计算机实体力学仿真策略。混合并行利用多核体系结构的线程级并行性,将MPI任务与OpenMP线程相结合。本文描述了在并行多物理代码Alya中编程的拟议策略。混合并行化特别适合当前超级计算机的趋势,即大型多核集群。该策略通过瞬态非线性固体力学问题进行评估,无论是显式方案还是隐式方案,均在数千个岩芯上运行。为了证明该策略在计算力学高级算法进化下的灵活性,实现了一种非局部并行重叠网格方法(Chimera-like),并证明了可伸缩性的守恒性。

MSC公司:

74-04 可变形固体力学相关问题的软件、源代码等
74Sxx型 固体力学中的数值方法和其他方法
65N22型 含偏微分方程边值问题离散方程的数值解
2005年5月 并行数值计算
65日元 数值算法的封装方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] Alya系统。http://www.bsc.es/computer-applications/alya-system ·Zbl 1241.92016年
[2] 比格夫特。http://bigdft.org/Wiki/index.php?title=Presenting_bigdft
[3] 编码员。http://www.code-aster.org/ ·Zbl 1059.76037号
[4] 代码_ SATURN。http://code-saturne.org ·Zbl 1225.74105号
[5] 2月。http://febio.org/
[6] Metis,多级分区算法家族。http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/views/metis网站 ·邮编:1228.74093
[7] Openacc公司。https://developer.nvidia.com/openacc网站
[8] 打开cl。https://developer.nvidia.com/opencl
[9] 开放式泡沫。http://www.openfoam.com网站/
[10] Openmp公司。http://openmp.org/ ·Zbl 0986.68722号
[11] Openmp公司。http://openmp.org/wp/ ·Zbl 0986.68722号
[12] 稀疏直接法可用软件摘要。http://www.cise.uf.edu/research/sparse/codes/
[13] Adams M(1999)非结构化三维大变形弹性和塑性有限元问题的并行多重网格算法。技术报告UCB/CSD-99-1036,加州大学伯克利分校EECS系。http://www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1999/5398.html
[14] Adams MF(2007)固体力学中直接频率响应分析的代数多重网格方法。计算机机械39:497-507·Zbl 1163.74043号 ·doi:10.1007/s00466-006-0047-8
[15] Malan AG,Oxtoby O(2013)一种加速、完全耦合、平行的三维混合有限体积流体-结构相互作用方案。计算方法应用机械工程253:426-438·Zbl 1297.74041号 ·doi:10.1016/j.cma.2012.09.04
[16] Amestoy P,Duff I,L'Excellent JY(2000)多前沿并行分布式对称和非对称解算器。计算方法应用机械工程184(2-4):501-520·Zbl 0956.65017号 ·doi:10.1016/S0045-7825(99)00242-X
[17] Arbenz P,van Lenthe G,Mennel U,Müller R,Sala M(2008)人体骨骼结构无矩阵有限元分析的可扩展多级预处理程序。国际数值方法工程杂志73:937-947。doi:10.1002/nme.2101·Zbl 1262.74031号 ·doi:10.1002/nme.2101
[18] Badia S、Martin A和Principe J(2014)通过约束平衡域分解的高度可扩展并行实现。SIAM科学计算杂志36(2):C190-C218·Zbl 1296.65177号 ·数字对象标识代码:10.1137/130931899
[19] Balay S、Abhyankar S、Adams MF、Brown J、Brune P、Buschelman K、Eijkhout V、Gropp WD、Kaushik D、Knepley MG、McInnes LC、Rupp K、Smith BF、Zhang H(2014)PETSc网页。http://www.mcs.anl.gov/petsc ·Zbl 1036.65045号
[20] Balay S、Adams MF、Brown J、Brune P、Buschelman K、Eijkhout V、Gropp WD、Kaushik D、Knepley MG、McInnes LC、Rupp K、Smith BF、Zhang H(2013)《PETSc用户手册》。技术报告ANL-95/11第3.4版,阿贡国家实验室。http://www.mcs.anl.gov/petsc
[21] Becker G,Noels L(2013)非线性kirchhoff-love壳的全不连续galerkin公式:弹塑性有限变形、并行计算和断裂应用。国际J数字方法工程93:80-117。doi:10.1002/nme.4381·Zbl 1352.74170号 ·doi:10.1002/nme.4381
[22] Benek J(1986)Chimera。网格嵌入技术。技术报告、DTIC文件
[23] Bhardwaj M、Pierson K、Reese G、Walsh T、Day D、Alvin K、Peery J、Farhat C、Lesoinne M(2002)Salinas:用于高性能结构和固体力学模拟的可扩展软件。附:2002年ACM/IEEE超级计算会议记录。,SC'02IEEE计算机学会出版社,洛斯阿拉米托斯,第1-19页·Zbl 0606.73096号
[24] Blatt M(2009)《布鲁根沙丘》/p.In:第15届科学委员会会议录。大学出版社·Zbl 1261.76030号
[25] Casasdei F,Avotins J(1997)实现计算力学应用程序的语言。In:面向对象语言和系统技术,1997年。工具25,会议记录,第52-67页·兹比尔1284.76250
[26] Ciccozzi F(2013)从异构cpu-gpu平台上的嵌入式系统设计模型生成代码。2013年IEEE第18届新兴技术工厂自动化(ETFA)会议,第1-4页·兹伯利0738.65014
[27] Cirak F、Deiterding R、Mauch S(2007)《受冲击和爆炸作用的粘塑性和断裂薄壳的大尺度流体-结构相互作用模拟》。计算结构85:1049-1065。doi:10.1016/j.com.pstruc.2006.11.014·doi:10.1016/j.compstruc.2006.11.014
[28] Duff I,Reid J(1983)不定稀疏对称线性方程的多面解。ACM Trans数学软件9(3):302-325·Zbl 0515.65022号 ·数字对象标识代码:10.1145/356044.356047
[29] Eguzkitza B、Houzeaux G、Aubry R、Owen H、Vázquez M(2013)计算力学中Chimera和区域分解方法的并行耦合策略。计算流体80:128-141·Zbl 1284.65166号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2012.04.018
[30] El maliki A、Fortin M、Tardieu N和Fortin A(2010)三维线性和非线性弹性问题的迭代求解器:位移和混合公式。国际数学方法工程83(13):1780-1802·Zbl 1202.74005号
[31] Falgout RD,Yang UM(2002)《高性能预处理剂库》。摘自:预处理程序,计算机科学课堂讲稿,第632-641页·Zbl 1056.65046号
[32] Farhat C,Roux FX,Oden JT(1994)《结构力学中的隐式并行处理》。Elsevier Science SA,阿姆斯特丹·Zbl 0805.73062号
[33] Flaig C,Arbenz P(2011)基于CT图像的微有限元分析的可扩展内存高效多重网格解算器。并行计算37:846-854。doi:10.1016/j.parco.2011.08.001·doi:10.1016/j.parco.2011.08.001
[34] George A,Liu JW(1981)大型稀疏正定的计算机解。Prentice Hall,Englewood cliffs(专业技术参考)·Zbl 0516.65010号
[35] Gerstenberger A,Tuminaro R(2013)解决基于扩展有限元方法的断裂问题的代数多重网格方法。国际J数字方法工程94:248-272。doi:10.1002/nme.4442·Zbl 1352.74355号 ·doi:10.1002/nme.4442
[36] Geuzaine C,Remacle JF(2009)Gmsh:具有内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器。国际数学方法工程79(11):1309-1331·Zbl 1176.74181号 ·doi:10.1002/nme.2579
[37] Goudreau G,Hallquist J(1982)大型有限元拉格朗日水代码技术的最新发展。计算方法应用机械工程33:725-757。doi:10.1016/0045-7825(82)90129-3·Zbl 0493.73072号 ·doi:10.1016/0045-7825(82)90129-3
[38] Gould NIM,Scott JA,Hu Y(2007)大型稀疏对称线性方程组稀疏直接求解器的数值评估。ACM Trans数学软件33(2):300-331·Zbl 1365.65129号
[39] Grinberg L,Pekurovsky D,Sherwin SJ,Karniadakis GE(2009)谱/hp元素的粗空间线性顶点解算器和低能基预处理器的并行性能。并行计算35(5):284-304·doi:10.1016/j.parco.2008.12.002
[40] Gupta A,Koric S,George T(2009)大规模并行计算机上的稀疏矩阵分解。摘自:《高性能计算网络、存储和分析会议记录》,SC'09,ACM,纽约,第1:1-1:12页·Zbl 0493.73072号
[41] Goddeke D、Wobker H、Strzodka R、Mohd-Yusof J、McCormick P、Turek S(2009)使用feastgpu对未修改的并行实体力学代码进行协处理器加速。国际计算机科学与工程杂志4(4):254-269·Zbl 1284.65166号
[42] Hales JD、Novascone SR、Williamson RL、Gaston DR、Tonks MR(2012),使用无雅可比牛顿-克利洛夫方法解决非线性固体力学问题。计算模型工程科学84:84-123·Zbl 1356.74202号
[43] Heath M,Ng E,Peyton B(1991)稀疏线性系统的并行算法。SIAM版本33(3):420-460·Zbl 0738.65014号 ·数字对象标识代码:10.1137/1033099
[44] Heil M、Hazel A、Boyle J(2008)《大排量流体-结构相互作用问题的求解:分离与整体方法》。计算力学43(1):91-101·Zbl 1309.76126号 ·doi:10.1007/s00466-008-0270-6
[45] Heroux MA、Bartlett RA、Howle VE、Hoekstra RJ、Hu JJ、Kolda TG、Lehoucq RB、Long KR、Pawlowski RP、Phipps ET、Salinger AG、Thornquist HK、Tuminaro RS、Willenbring JM、Williams A、Stanley KS(2005)《Trilinos项目概述》。ACM Trans数学软件31(3):397-423·Zbl 1136.65354号 ·数字对象标识代码:10.1145/1089014.108901
[46] Hess B、Kutzner C、van der Spoel D、Lindahl E(2008)《GROMACS 4:高效、负载平衡和可扩展分子模拟的算法》。《化学理论计算杂志》4(3),435-447(2008)doi:10.1021/ct700301q·Zbl 1163.74043号
[47] Houzeaux G,de la Cruz R,Owen H,Vázquez M(2013)应用于Navier-Stokes解算器的并行均匀网格乘法。计算流体80:142-151·Zbl 1284.76250号 ·doi:10.1016/j.compfluid.2012.04.017
[48] Houzeaux G,Vázquez M,Aubry R,Cela J(2009)不可压缩流的大规模并行分步求解器。JCP 228(17):6316-6332·兹比尔1261.76030 ·doi:10.1016/j.jcp.2009.05.019
[49] Hughes T,Ferencz R(1987)利用EBE预处理共轭梯度在CrayX-MP/48上进行固体力学的大尺度矢量隐式计算。计算机方法应用机械工程61:215-248。doi:10.1016/0045-7825(87)90005-3·Zbl 0606.73096号 ·doi:10.1016/0045-7825(87)90005-3
[50] Hughes TJ(2012)有限元法:线性静态和动态有限元分析。DoverPublications.com公司·Zbl 0607.76061号
[51] Hussain M、Abid M、Ahmad M、Khokhar A、Masud A(2011)使用OpenMP并行实现用于FSI问题的ALE移动网格技术。国际J并行程序39:717-745。doi:10.1007/s10766-011-0168-3·doi:10.1007/s10766-011-0168-3
[52] Jouglard C,Coutinho A(1998)迭代多层有限元解算器的比较。计算结构69(5):655-670·Zbl 0941.74064号 ·doi:10.1016/S0045-7949(98)00123-0
[53] Kilic SA,Saied F,Sameh A(2004)结构动力学问题的高效迭代求解器。计算结构82(28):2363-2375·doi:10.1016/j.compstruc.2004.06.001
[54] Knoll D,Keyes D(2004),无雅可比牛顿-Krylov方法:方法和应用综述。计算物理杂志193(2):357-397·Zbl 1036.65045号 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.08.010
[55] Komatitsch D、Erlebacher G、Göddeke D、Michéa D(2010)大型GPU集群上MPI高阶有限元地震波传播建模。计算机物理杂志229:7692-7714。doi:10.1016/j.jcp.2010.06.024·兹比尔1194.86019 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.06.024
[56] Lafortune P,Arís R,Vázquez M,Houzeaux G(2012)《心脏的耦合机电模型:并行有限元公式》。国际数字方法生物识别工程杂志28:72-86。doi:10.1002/cnm.1494·Zbl 1242.92015年 ·doi:10.1002/cnm.1494
[57] Lang S,Wieners C,Wittum G(2002)自适应并行多重网格方法在非线性固体力学问题中的应用。In:Ramm E,Rank E,Rannacher R,Schweizerhof K,Stein E,Wendland W,Wittum G,Wriggers P,Wunderlich W(eds)固体力学中的误差控制自适应有限元,422 pp,ISBN:978-0-471-49650-2
[58] Li X,Demmel JW(2003)Superlu dist:非对称线性系统的可扩展分布式内存稀疏直接求解器。ACM Trans数学软件29:110-140·Zbl 1068.90591号 ·数字对象标识代码:10.1145/779359.7793361
[59] Liu WK,Belytschko T,Moran B(2000),连续统和结构的非线性有限元。纽约威利·兹比尔0959.74001
[60] Liu Y,Zhou W,Yang Q(2007)基于Jacobi条件共轭梯度的三维有限元分析分布式存储并行单元格式。有限元分析设计43:494-503。doi:10.1016/j.fine2006.12.007·doi:10.1016/j.finel.2006.12.007
[61] Logg A,Mardal KA,Wells GN(eds)(2012年)《有限元法自动求解微分方程》。计算科学与工程讲义,第84卷。柏林施普林格。doi:10.1007/978-3642-23099-8·Zbl 1247.65105号
[62] Lohner R,Mut F,Cebral J,Aubry R,Houzeaux G(2010)压力-泊松方程的收缩预处理共轭梯度解算器:扩展和改进。国际J数字方法工程10196-10208·Zbl 1153.76035号
[63] Luebke D(2008)Cuda:用于高性能科学计算的可扩展并行编程。2008年,第五届IEEE生物医学成像国际研讨会:从纳米到宏观。ISBI 2008,第836-838页·Zbl 1241.92016年
[64] Maday Y,Magoulès F(2006)区域分解方法的吸收界面条件:一般介绍。计算方法应用机械工程195(29-32):3880-3900·Zbl 1168.65423号 ·doi:10.1016/j.cma.2005.01.025
[65] Maurer D,Wieners C(2011)分布式有限元矩阵的并行块LU分解方法。并行计算37(12):742-758·doi:10.1016/j.parco.2011.05.007
[66] McCormick SF(1987)多重网格方法。应用数学的前沿。宾夕法尼亚州费城工业和应用数学学会·Zbl 0659.65094号
[67] Moore D、Jérusalem A、Nyein M、Noels L、Jaffee M、Radovitzky R(2009)《中枢神经系统初级冲击效应的计算生物学建模》。神经影像学47(2):T10-T20。doi:10.1016/j.neuroimage.2009.02.019·doi:10.1016/j.neuroimage.2009.02.019
[68] Owens J、Houston M、Luebke D、Green S、Stone J、Phillips J(2008)Gpu计算。程序IEEE 96(5):879-899·doi:10.1109/JPROC.2008.917757
[69] Paszyski M、Jurczyk T、Pardo D(2013)用于模拟线性弹性与声学耦合的多前沿解算器。计算科学12(0)。http://journals.agh.edu.pl/csci/article/view/102
[70] Quey R、Dawson PR、Barbe F(2011)《有限元法中的大尺度三维随机多晶体:生成、网格划分和重网格划分》。计算方法应用机械工程200:1729-1745。doi:10.1016/j.cma.2011.01.002·兹比尔1228.74093 ·doi:10.1016/j.cma.2011.01.002
[71] Radovitzky R,Seagraves A,Tupek M,Noels L(2011)基于混合不连续galerkin内聚元方法的可缩放三维断裂和破碎算法。计算机方法应用机械工程200:326-344。doi:10.1016/j.cma.2010.08.014·兹比尔1225.74105 ·doi:10.1016/j.cma.2010年8月14日
[72] Saad Y(2003)稀疏线性系统的迭代方法。工业和应用数学学会·Zbl 1031.65046号
[73] Smith BF(1995)偏微分方程的区域分解方法。摘自:ICASE/LaRC并行数值算法研讨会论文集。大学出版社
[74] Soto O,Löhner R,Camelli F(2003)不可压缩流解算器的linelet预处理器。国际J数值方法热流13(1):133-147·Zbl 1059.76037号 ·doi:10.1108/09615530310456796
[75] Steger J,Benek FDJ(1983)嵌合体电网方案。高级电网发电机5:59-69
[76] Steger J、Benek J(1987)《计算空气动力学中复合网格方案的使用》。计算方法应用机械工程64:301-320·Zbl 0607.76061号 ·doi:10.1016/0045-7825(87)90045-4
[77] Stewart JR,Edwards H(2004)开发并行自适应多物理应用程序的框架方法。有限元分析设计40(12):1599-1617(第十五届Robert J.Melosh年度比赛)
[78] Kalro V,Tezduyar TE(2000)降落伞系统中流体-结构相互作用的并行三维计算方法。计算方法应用机械工程190:1467-1482·Zbl 0993.76044号 ·doi:10.1016/S0045-7825(00)00204-8
[79] van Rietbergen B、Weinans H、Huiskes R、Polman B(1996)使用体素数据的大型FEM应用迭代解的计算策略。国际J数字方法工程39:2743-2767。doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19960830)39:162743:AID-NME9743.3.CO;2-1 ·Zbl 0883.73079号
[80] Vázquez M,Arís R,Houzeaux G,Aubry R,Villar P,Garcia-Barnós J,Gil D,Carreras F(2011)心脏的大规模并行计算电生理模型。国际生物识别工程数值方法杂志27(12):1911-1929。doi:10.1002/cnm.1443·Zbl 1241.92016年 ·doi:10.1002/cnm.1443
[81] Vázquez M,Houzeaux G,Grima R,Cela J(2007)并行计算流体力学在MareNostrum超级计算机中的应用:低马赫数可压缩流。输入:PARCFD2007。安塔利亚(土耳其)
[82] Vázquez M、Rubio F、Houzeaux G、González J、Giménez J、Beltran V、de la Cruz R、Folch A(2014)基于hpc的计算力学代码的Xeon phi性能
[83] Waisman H,Berger Vergiat L(2013)XFEM建模的裂纹扩展问题的自适应域分解预处理器。国际J多尺度计算工程11(6):633-654·doi:10.1615/IntJMultCompEng.2013006012
[84] Wall WA,Ramm E.基于稳定(ale)有限元方法的流体-结构相互作用。第四届世界计算力学大会。巴塞罗那。西姆。
[85] Wieners C(2001)多重网格方法在有限应变塑性中的应用。ZAMM J应用数学力学[Zeitschrift fr Angewandte Mathematik und Mechanik]81(S3):733-734·Zbl 0998.74016号 ·doi:10.1002/zamm.200108115142
[86] Zienkiewicz O,Taylor R(2000)《固体和结构力学的有限元方法》,第5版。巴特沃斯·海内尔曼(Butterworth-Heinermann),波士顿·Zbl 0991.74003号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。