超算(suàn)顯卡并行有限元分(fēn)析系統

(SciFEA-GPU)—新一代GPU/CPU混合架構并行有限元分(fēn)析系統

超算(suàn)顯卡并行有限元分(fēn)析系統（簡稱SciFEA-GPU）是北(běi)京超算(suàn)自主開發的(de)一款基于GPU/CPU混合架構的(de)有限元分(fēn)析系統。基于GPU和(hé)CPU兩種不同架構處理(lǐ)器的(de)結合，組成硬件上的(de)協同模式；通(tōng)過實現GPU和(hé)CPU的(de)混合編程，由CPU負責執行順序型的(de)代碼，由GPU來(lái)負責密集的(de)并行計算(suàn)實現高(gāo)效有限元分(fēn)析。

同時(shí)SciFEA-GPU軟件按照(zhào)全新的(de)可(kě)裝配的(de)思路進行開發，充分(fēn)利用(yòng)軟件的(de)可(kě)重用(yòng)性，大(dà)大(dà)降低了(le)軟件開發的(de)難度，增加了(le)軟件的(de)可(kě)靠度。SciFEA-GPU軟件的(de)設計架構體現了(le)數值模拟軟件個(gè)性化(huà)發展方向，爲用(yòng)戶提供了(le)一種按需選擇的(de)高(gāo)性能計算(suàn)新模式。

什(shén)麽是顯卡并行?
“GPU/CPU協同并行計算(suàn)技術”源于一個(gè)常識性的(de)概念：“普通(tōng)的(de)微機有兩個(gè)處理(lǐ)器”。
1）CPU---稱爲中央處理(lǐ)器；
2）GPU---Graphic Processing Unit,“圖形處理(lǐ)器”。常用(yòng)于顯示而稱爲顯卡。

不同架構處理(lǐ)器的(de)計算(suàn)處理(lǐ)方式

GPU／CPU協同并行計算(suàn)
1）硬件協同：将GPU和(hé)CPU兩種不同架構的(de)處理(lǐ)器結合在一起，組成硬件上的(de)協同模式；
2）軟件協同：在應用(yòng)程序編寫上實現GPU和(hé)CPU的(de)協同配合的(de)并行計算(suàn)。由CPU負責執行順序型的(de)代碼，如操作系統、數據庫等應用(yòng)，而由GPU來(lái)負責密集的(de)并行計算(suàn)；
3）CPU和(hé)GPU各司其職，大(dà)幅度提高(gāo)集群系統的(de)總體計算(suàn)效能。

SciFEA-GPU 的(de)優勢
SciFEA-GPU現有同類軟件
使用(yòng)簡單系統大(dà)、界面分(fēn)支多(duō)
模塊獨立，按需選擇模塊是整個(gè)系統的(de)一部分(fēn)，不易分(fēn)拆
數據結構靈活，易于擴展調整數據結構難度大(dà)
多(duō)物(wù)理(lǐ)場(chǎng)緊密耦合不同大(dà)系統之間小模塊的(de)松散耦合
單機解百萬階規模需要機群系統，成本高(gāo)

SciFEA-GPU功能模塊包
超算(suàn)有限元分(fēn)析系統(SciFEA-GPU)
計算(suàn)包包含模塊名稱
彈性包二維彈性平面應力、二維彈性平面應變、二維彈性軸對(duì)稱、三維彈性空間問題、二維正交各向異性、三維正交各向異性
塑性包二維塑性平面應力、二維塑性平面應變、軸對(duì)稱塑性、三維塑性空間問題　
結構包二維桁架、三維桁架、二維剛架、三維剛架、二維闆殼、三維闆殼　
粘彈性包二維Maxwell、三維Maxwell、二維Kelvin、三維Kelvin、二維标準線性固體、三維标準線性固體　
傳熱(rè)包二維穩态傳熱(rè)、三維穩态傳熱(rè)、軸對(duì)稱穩态傳熱(rè)、二維瞬态傳熱(rè)、三維瞬态傳熱(rè)、軸對(duì)稱瞬态傳熱(rè)　
滲流包二維穩态滲流、三維穩态滲流、二維無壓滲流、三維無壓滲流、二維非達西滲流、三維非達西滲流　
電磁包二維穩态電場(chǎng)、三維穩态電場(chǎng)、二維穩态磁場(chǎng)、三維穩态磁場(chǎng)、二維穩恒電流場(chǎng)　
土力學包二維Biot固結、三維Biot固結、二維Duncan、三維Duncan　
熱(rè)固耦合包二維穩态熱(rè)彈性、三維穩态熱(rè)彈性、二維瞬态熱(rè)彈性、三維瞬态熱(rè)彈性、軸對(duì)稱穩态熱(rè)彈性、軸對(duì)稱瞬态熱(rè)彈性

其他(tā)模塊自定義軸對(duì)稱穩态傳熱(rè)； 三維桁架振動； 二、三維瞬态達西滲流模拟； 二、三維非達西滲流Forchheimer模型； 二維薛定鄂能譜方程； 二、三維輻射換熱(rè)； 非飽和(hé)土壤滲流模拟； 三維彈性變形模拟； 二、三維材料擴散模拟； 填埋場(chǎng)熱(rè)流固耦合模拟； 二、三維各向異性穩态滲流； 倒梁法計算(suàn)内力； 二、三維非線性溫度滲流耦合； 二、三維非線性溫度滲流變形耦合； 彈性波傳播模拟； 二、三地震彈性位錯變形； 燃料電池模拟

不同規模時(shí)SciFEA-GPU與普通(tōng)CPU計算(suàn)求解時(shí)間對(duì)比

前後處理(lǐ)
SciFEA-GPU的(de)前後處理(lǐ)器采用(yòng)歐洲工程數值模拟國際中心開發的(de)GID軟件。GID軟件具有全面的(de)幾何建模、網格劃分(fēn)、CAD數據導入、後處理(lǐ)結果顯示等功能。GID采用(yòng)類似于CAD的(de)操作模式，用(yòng)戶在使用(yòng)GiD創建複雜(zá)模型問題時(shí)，會感受到前所未有的(de)方便和(hé)輕松。它易于操作、方便靈活、直觀便捷。

應用(yòng)價值
普通(tōng)PC配置Nvidia C1060顯卡或Fermi顯卡即可(kě)實現桌面級超級計算(suàn)
計算(suàn)模塊完全獨立，用(yòng)戶隻須選擇關心的(de)計算(suàn)模塊，降低應用(yòng)成本
沒有複雜(zá)的(de)模型選擇分(fēn)支，操作簡單易行
全中文菜單，便于理(lǐ)解和(hé)應用(yòng)
豐富的(de)計算(suàn)實例，用(yòng)戶以實例爲向導，可(kě)快(kuài)速上手
超算(suàn)團隊熟悉有限元計算(suàn)整個(gè)流程，爲用(yòng)戶在計算(suàn)模拟各環節提供支持

基于超算(suàn)顯卡并行計算(suàn)咨詢
提供顯卡并行軟硬件配置解決方案；
面向工程和(hé)科學計算(suàn)提供顯卡并行計算(suàn)服務；
面向高(gāo)校和(hé)研究院所提供顯卡并行軟件模塊定制；
提供用(yòng)戶計算(suàn)軟件顯卡加速技術支持和(hé)軟件服務。