Równoległość w oprogramowaniu Metody Elementów Skończonych (MES) odnosi się do procesu dzielenia i rozdzielania zadań obliczeniowych między wieloma procesorami lub rdzeniami w celu przyspieszenia analizy i symulacji złożonych problemów inżynieryjnych. Obliczenia równoległe umożliwiają oprogramowaniu obsługę większych i bardziej skomplikowanych symulacji, wykorzystując moc nowoczesnych wielordzeniowych procesorów i nawet klastrów obliczeniowych rozproszonych.
Oto kilka kluczowych aspektów równoległości w oprogramowaniu MES:
Decompozycja domeny: Jednym z powszechnych podejść do równoległości jest podział domeny symulacji na mniejsze subdomeny. Każda subdomena jest wówczas przypisana do innego procesora lub rdzenia, a obliczenia są wykonywane równocześnie na tych oddzielnych częściach. Po zakończeniu obliczeń lokalnych wyniki są łączone w celu uzyskania ogólnego rozwiązania.
Ta technologia wykorzystywana jest w RFEM 6 i RSTAB 9 do równoległego obliczania przypadków obciążeń i kombinacji obciążeń. Dla każdego rdzenia uruchamiana jest instancja solwera, która następnie oblicza przypadki obciążeń lub kombinacje obciążeń jeden po drugim.
Wielowątkowość i wieloprocesowość: Oprogramowanie MES może wykorzystywać techniki wielowątkowości i wieloprocesowości do równoległego przetwarzania obliczeń. Wielowątkowość polega na podziale jednego programu na mniejsze wątki, które można wykonywać jednocześnie. Wieloprocesowość polega na uruchamianiu wielu niezależnych procesów lub zadań jednocześnie.
Obie techniki są wykorzystywane w RFEM 6.
Wiele niezależnych procesów solwera jest uruchamianych do równoległego obliczania przypadków obciążeń i kombinacji obciążeń. To jest technika wieloprocesowości.
Jeśli do indywidualnego obliczania przypadku obciążenia lub kombinacji obciążeń używany jest solwer bezpośredni, obciążenie pracą jest dzielone na kilka wątków w celu rozwiązania systemu równań.
Skalowalność: Skalowalność odnosi się do tego, jak dobrze oprogramowanie MES może obsługiwać rosnącą liczbę procesorów lub rdzeni. Dobrze zaprojektowane, równoległe oprogramowanie MES powinno wykazywać dobrą skalowalność, co oznacza, że wraz z dodawaniem kolejnych procesorów poprawa wydajności jest znacząca, a czas symulacji się skraca.
Biblioteki i interfejsy API do równoległości: Wiele pakietów oprogramowania MES wykorzystuje biblioteki programowania równoległego i interfejsy API (Application Programming Interfaces) do efektywnej realizacji równoległości. Przykłady obejmują OpenMP, CUDA (do równoległości GPU) i inne.
OpenMP jest używane w RFEM 6 do realizacji wielowątkowości.
CUDA nie jest używane w RFEM 6. Obliczenia nie mogą zatem być wykonywane na kartach graficznych lub podobnych akceleratorach obliczeniowych.
Równoległość solwera: W symulacjach MES, rozwiązanie liniowych systemów równań jest powszechnym wąskim gardłem. Zaawansowane solwery mogą być zrównoleglone w celu poprawy szybkości rozwiązania.
Przetwarzanie wstępne i końcowe: Choć większość uwagi skupia się na równoległości fazy solwera, równoległość może być również zastosowana do innych aspektów analizy MES, w tym do zadań przetwarzania wstępnego (generowanie siatki, ustawienia modelu) i końcowego (wizualizacja, analiza danych).
Zarówno w przetwarzaniu wstępnym, jak i końcowym, równoległość poprzez wielowątkowość jest używana w RFEM 6 i RSTAB 9.
Efektywna równoległość w oprogramowaniu MES może znacznie skrócić czasy symulacji, umożliwiając inżynierom i naukowcom efektywną analizę większych i bardziej złożonych problemów.