La paralelización en el software de Método de Elementos Finitos (FEM) se refiere al proceso de dividir y distribuir tareas computacionales entre múltiples procesadores o núcleos para acelerar el análisis y la simulación de problemas de ingeniería complejos. La computación paralela permite que el software maneje simulaciones más grandes e intrincadas aprovechando el poder de las modernas CPU multinúcleo e incluso de los clústeres de computación distribuidos.
Aquí hay algunos aspectos clave de la paralelización en el software FEM:
Descomposición del Dominio: Un enfoque común para la paralelización implica dividir el dominio de la simulación en subdominios más pequeños. A cada subdominio se le asigna un procesador o núcleo diferente, y los cálculos se realizan simultáneamente en estas partes separadas. Una vez que se completan los cálculos locales, los resultados se combinan para obtener la solución general.
Esta tecnología se utiliza en RFEM 6 y RSTAB 9 para el cálculo paralelo de casos de carga y combinaciones de carga. Se inicia una instancia de solucionador para cada núcleo, que luego calcula casos de carga o combinaciones de carga una tras otra.
Multihilo y Multiprocesamiento: El software FEM puede utilizar técnicas de multihilo y multiprocesamiento para paralelizar cálculos. El multihilo implica dividir un programa único en hilos más pequeños que pueden ejecutarse simultáneamente. El multiprocesamiento implica ejecutar múltiples procesos o tareas independientes simultáneamente.
Ambas técnicas se utilizan en RFEM 6.
Se inician varios procesos de solucionador independientes para el cálculo paralelo de casos de carga y combinaciones de carga. Esta es la técnica de multiprocesamiento.
Si se utiliza el solucionador directo para el cálculo individual de un caso de carga o una combinación de carga, la carga de trabajo se divide en varios hilos para resolver el sistema de ecuaciones.
Escalabilidad: La escalabilidad se refiere a qué tan bien el software FEM puede manejar un número creciente de procesadores o núcleos. Un software FEM bien diseñado debería exhibir buena escalabilidad, lo que significa que a medida que se agregan más procesadores, la mejora en el rendimiento es significativa y el tiempo de simulación disminuye.
Bibliotecas Paralelas y API: Muchos paquetes de software FEM aprovechan bibliotecas de programación paralela y API (Interfaces de Programación de Aplicaciones) para implementar la paralelización de manera efectiva. Ejemplos incluyen OpenMP, CUDA (para paralelización en GPU), y otros.
OpenMP se utiliza en RFEM 6 para la implementación de multihilo.
CUDA no se utiliza en RFEM 6. Por lo tanto, el cálculo no puede realizarse en tarjetas gráficas o aceleradores de cómputo similares.
Paralelización del Solucionador: En las simulaciones FEM, la solución de sistemas lineales de ecuaciones es un cuello de botella común. Los solucionadores avanzados pueden ser paralelizados para mejorar la velocidad de solución.
Preprocesamiento y Postprocesamiento: Aunque gran parte del enfoque está en paralelizar la fase del solucionador, la paralelización también se puede aplicar a otros aspectos del análisis FEM, incluidos las tareas de preprocesamiento (generación de mallas, configuración de modelos) y postprocesamiento (visualización, análisis de datos).
Tanto en preprocesamiento como en postprocesamiento, la paralelización a través de multihilo se utiliza en RFEM 6 y RSTAB 9.
La paralelización efectiva en el software FEM puede reducir significativamente los tiempos de simulación, permitiendo a ingenieros e investigadores analizar problemas más grandes y complejos de manera eficiente.