La parallélisation dans les logiciels de la Méthode des Éléments Finis (FEM) fait référence au processus de division et de distribution des tâches de calcul entre plusieurs processeurs ou cœurs afin d'accélérer l'analyse et la simulation de problèmes d'ingénierie complexes. Le calcul parallèle permet au logiciel de gérer des simulations plus grandes et plus complexes en exploitant la puissance des processeurs multi-cœurs modernes et même des clusters informatiques distribués.
Voici quelques aspects clés de la parallélisation dans les logiciels FEM :
Décomposition de Domaine: Une approche courante de la parallélisation consiste à diviser le domaine de simulation en sous-domaines plus petits. Chaque sous-domaine est alors attribué à un processeur ou noyau différent, et les calculs sont effectués simultanément sur ces parties séparées. Une fois les calculs locaux terminés, les résultats sont combinés pour obtenir la solution globale.
Cette technologie est utilisée dans RFEM 6 et RSTAB 9 pour le calcul parallèle des cas de charge et des combinaisons de charges. Une instance de solveur est démarrée pour chaque cœur, qui calcule ensuite les cas de charge ou les combinaisons de charges successivement.
Multithreading et Multiprocessing: Les logiciels FEM peuvent utiliser des techniques de multithreading et de multiprocessing pour paralléliser les calculs. Le multithreading implique de diviser un seul programme en fils plus petits qui peuvent être exécutés simultanément. Le multiprocessing implique de faire fonctionner plusieurs processus ou tâches indépendants simultanément.
Les deux techniques sont utilisées dans RFEM 6.
Plusieurs processus de solveur indépendants sont démarrés pour le calcul parallèle des cas de charge et des combinaisons de charges. C'est la technique du multiprocessing.
Si le solveur direct est utilisé pour le calcul individuel d'un cas de charge ou d'une combinaison de charges, la charge de travail est divisée en plusieurs fils pour résoudre le système d'équations.
Évolutivité: L'évolutivité se réfère à la capacité des logiciels FEM à gérer un nombre croissant de processeurs ou de cœurs. Un logiciel FEM parallélisé bien conçu doit montrer une bonne évolutivité, ce qui signifie qu'à mesure que des processeurs supplémentaires sont ajoutés, l'amélioration des performances est significative et le temps de simulation diminue.
Bibliothèques et API Parallèles: De nombreux logiciels FEM tirent parti des bibliothèques de programmation parallèle et des API (Interfaces de Programmation d'Applications) pour implémenter efficacement la parallélisation. Des exemples incluent OpenMP, CUDA (pour la parallélisation GPU), et d'autres.
OpenMP est utilisé dans RFEM 6 pour l'implémentation du multithreading.
CUDA n'est pas utilisé dans RFEM 6. Le calcul ne peut donc pas être effectué sur des cartes graphiques ou des accélérateurs de calcul similaires.
Parallélisation du Solveur: Dans les simulations FEM, la résolution de systèmes d'équations linéaires est un goulet d'étranglement commun. Les solveurs avancés peuvent être parallélisés pour améliorer la vitesse de résolution.
Prétraitement et Post-traitement: Bien que l'accent soit principalement mis sur la parallélisation de la phase de résolution, la parallélisation peut également être appliquée à d'autres aspects de l'analyse FEM, y compris les tâches de prétraitement (génération de maillage, configuration du modèle) et de post-traitement (visualisation, analyse de données).
Dans les phases de prétraitement et de post-traitement, la parallélisation par multithreading est utilisée dans RFEM 6 et RSTAB 9.
Une parallélisation efficace dans les logiciels FEM peut réduire considérablement les temps de simulation, permettant aux ingénieurs et chercheurs d'analyser des problèmes plus grands et plus complexes efficacement.