A paralelização em software de Método dos Elementos Finitos (FEM) refere-se ao processo de divisão e distribuição de tarefas computacionais entre múltiplos processadores ou núcleos, a fim de acelerar a análise e simulação de problemas complexos de engenharia. A computação paralela permite que o software lide com simulações maiores e mais intricadas aproveitando o poder das modernas CPUs multicore e até mesmo clusters de computação distribuída.
Aqui estão alguns aspectos-chave da paralelização em software FEM:
Decomposição do Domínio: Uma abordagem comum para paralelização envolve dividir o domínio da simulação em subdomínios menores. Cada subdomínio é então atribuído a um processador ou núcleo diferente, e os cálculos são realizados simultaneamente nessas partes separadas. Uma vez que os cálculos locais são concluídos, os resultados são combinados para obter a solução geral.
Esta tecnologia é usada no RFEM 6 e RSTAB 9 para o cálculo paralelo de casos de carga e combinações de carga. Uma instância do solver é iniciada para cada núcleo, que então calcula casos de carga ou combinações de carga um após o outro.
Multithreading e Multiprocessing: O software FEM pode usar técnicas de multithreading e multiprocessing para paralelizar cálculos. O multithreading envolve dividir um único programa em threads menores que podem ser executados simultaneamente. O multiprocessing envolve a execução de múltiplos processos ou tarefas independentes simultaneamente.
Ambas as técnicas são usadas no RFEM 6.
Vários processos de solver independentes são iniciados para o cálculo paralelo de casos de carga e combinações de carga. Esta é a técnica de multiprocessing.
Se o solver direto for usado para o cálculo individual de um caso de carga ou uma combinação de carga, a carga de trabalho é dividida em vários threads para resolver o sistema de equações.
Escalabilidade: A escalabilidade refere-se a quão bem o software FEM pode lidar com um número crescente de processadores ou núcleos. Um software FEM paralelizado bem projetado deve exibir boa escalabilidade, significando que à medida que mais processadores são adicionados, a melhoria de desempenho é significativa e o tempo de simulação diminui.
Bibliotecas e APIs Paralelas: Muitos pacotes de software FEM utilizam bibliotecas e APIs (Interface de Programação de Aplicações) de programação paralela para implementar a paralelização de forma eficaz. Exemplos incluem OpenMP, CUDA (para paralelização em GPU), entre outros.
O OpenMP é usado no RFEM 6 para a implementação de multithreading.
CUDA não é usada no RFEM 6. Portanto, o cálculo não pode ser realizado em placas de vídeo ou aceleradores de computação semelhantes.
Paralelização Solver: Nas simulações FEM, a solução de sistemas de equações lineares é um gargalo comum. Solvers avançados podem ser paralelizados para melhorar a velocidade de solução.
Pré-processamento e Pós-processamento: Embora muito do foco esteja na paralelização da fase de solução, a paralelização também pode ser aplicada a outros aspectos da análise FEM, incluindo tarefas de pré-processamento (geração de malha, configuração do modelo) e pós-processamento (visualização, análise de dados).
Tanto no pré-processamento quanto no pós-processamento, a paralelização através do multithreading é usada no RFEM 6 e RSTAB 9.
A paralelização eficaz em software FEM pode reduzir significativamente os tempos de simulação, permitindo que engenheiros e pesquisadores analisem problemas maiores e mais complexos de forma eficiente.