La parallelizzazione nel software del metodo degli elementi finiti (FEM) si riferisce al processo di dividere e distribuire i compiti computazionali tra più processori o core per accelerare l'analisi e la simulazione di problemi ingegneristici complessi. Il calcolo parallelo consente al software di gestire simulazioni più grandi e intricate sfruttando la potenza dei moderni CPU multicore e persino dei cluster di calcolo distribuito.
Ecco alcuni aspetti chiave della parallelizzazione nel software FEM:
Decomposizione del Dominio: Un approccio comune alla parallelizzazione coinvolge la divisione del dominio di simulazione in sottodomini più piccoli. Ogni sottodominio viene quindi assegnato a un diverso processore o core e i calcoli vengono eseguiti contemporaneamente su queste parti separate. Una volta completati i calcoli locali, i risultati vengono combinati per ottenere la soluzione complessiva.
Questa tecnologia è utilizzata in RFEM 6 e RSTAB 9 per il calcolo parallelo dei casi di carico e delle combinazioni di carico. Un'istanza del solutore viene avviata per ciascun core, che poi calcola i casi di carico o le combinazioni di carico uno dopo l'altro.
Multithreading e Multiprocessing: Il software FEM può utilizzare tecniche di multithreading e multiprocessing per parallelizzare i calcoli. Il multithreading comporta la divisione di un singolo programma in thread più piccoli che possono essere eseguiti in modo concorrente. Il multiprocessing comporta l'esecuzione simultanea di più processi o compiti indipendenti.
Entrambe le tecniche sono utilizzate in RFEM 6.
Diversi processi solutori indipendenti sono avviati per il calcolo parallelo dei casi di carico e delle combinazioni di carico. Questa è la tecnica del multiprocessing.
Se il solutore diretto viene utilizzato per il calcolo individuale di un caso di carico o una combinazione di carico, il carico di lavoro è diviso in diversi thread per risolvere il sistema di equazioni.
Scalabilità: La scalabilità si riferisce a quanto bene il software FEM può gestire un numero crescente di processori o core. Un software FEM ben progettato dovrebbe mostrare una buona scalabilità, il che significa che l'aggiunta di più processori comporta un miglioramento significativo delle prestazioni e una riduzione del tempo di simulazione.
Librerie Parallele e API: Molti pacchetti software FEM sfruttano librerie di programmazione parallela e API (Application Programming Interfaces) per implementare la parallelizzazione in modo efficace. Esempi includono OpenMP, CUDA (per la parallelizzazione GPU), e altri.
OpenMP è utilizzato in RFEM 6 per l'implementazione del multithreading.
CUDA non è utilizzato in RFEM 6. Il calcolo non può pertanto essere eseguito su schede grafiche o acceleratori di calcolo simili.
Parallelizzazione del Solutore: Nelle simulazioni FEM, la soluzione di sistemi lineari di equazioni è un collo di bottiglia comune. I solutori avanzati possono essere parallelizzati per migliorare la velocità di soluzione.
Preprocessing e Postprocessing: Sebbene gran parte dell'attenzione sia rivolta alla parallelizzazione della fase del solutore, anche altri aspetti dell'analisi FEM possono beneficiare della parallelizzazione, inclusi compiti di preprocessing (generazione della mesh, impostazione del modello) e postprocessing (visualizzazione, analisi dei dati).
Sia nel preprocessing che nel postprocessing, la parallelizzazione tramite multithreading è utilizzata in RFEM 6 e RSTAB 9.
Una parallelizzazione efficace nel software FEM può ridurre significativamente i tempi di simulazione, consentendo a ingegneri e ricercatori di analizzare problemi più grandi e complessi in modo efficiente.