超算顯卡并行有限元分析系統

(SciFEA-GPU)—新一代GPU/CPU混合架構并行有限元分析系統

超算顯卡并行有限元分析系統（簡稱SciFEA-GPU）是北京超算自主開發的(de)(de)一款基(ji)于(yu)(yu)GPU/CPU混合架構的(de)(de)有限元(yuan)分析系統。基(ji)于(yu)(yu)GPU和(he)(he)CPU兩種(zhong)不同架構處(chu)理器的(de)(de)結合，組成硬件上的(de)(de)協同模式；通過實(shi)現(xian)GPU和(he)(he)CPU的(de)(de)混合編程，由(you)CPU負(fu)責執行順序型的(de)(de)代碼(ma)，由(you)GPU來負(fu)責密集的(de)(de)并(bing)行計算實(shi)現(xian)高效有限元(yuan)分析。

同時SciFEA-GPU軟(ruan)(ruan)件(jian)按(an)照全新的(de)可(ke)裝配的(de)思(si)路進行開發，充分利用軟(ruan)(ruan)件(jian)的(de)可(ke)重用性，大大降低了(le)軟(ruan)(ruan)件(jian)開發的(de)難度，增加了(le)軟(ruan)(ruan)件(jian)的(de)可(ke)靠度。SciFEA-GPU軟(ruan)(ruan)件(jian)的(de)設(she)計架構體現了(le)數值模擬(ni)軟(ruan)(ruan)件(jian)個性化發展方(fang)向(xiang)，為用戶提供了(le)一種按(an)需選擇的(de)高性能計算(suan)新模式。

什么是顯卡并行?
“GPU/CPU協同并行計算技術”源于一個常識性的概念：“普通的微機有兩個處理器”。
1）CPU---稱為中央處理器；
2）GPU---Graphic Processing Unit,“圖形(xing)處理器”。常用(yong)于顯(xian)示而稱為顯(xian)卡。

不同架構處(chu)理器的計算處(chu)理方式

GPU／CPU協同并行計算
1）硬件協同：將GPU和CPU兩種不同架構的處理器結合在一起，組成硬件上的協同模式；
2）軟件協同：在應用程序編寫上實現GPU和CPU的協同配合的并行計算。由CPU負責執行順序型的代碼，如操作系統、數據庫等應用，而由GPU來負責密集的并行計算；
3）CPU和(he)GPU各司其職(zhi)，大幅度提高集群系統的(de)總體計算效能。

SciFEA-GPU 的優勢
SciFEA-GPU現有同類軟件
使用簡單系統大、界面分支多
模塊獨立，按需選擇模塊是整個系統的一部分，不易分拆
數據結構靈活，易于擴展調整數據結構難度大
多物理場緊密耦合不同大系統之間小模塊的松散耦合
單機(ji)解百萬階規模需(xu)要(yao)機(ji)群系(xi)統(tong)，成本高

SciFEA-GPU功能模塊包
超算有限元分析系統(SciFEA-GPU)
計算包包含模塊名稱
彈性包二維彈性平面應力、二維彈性平面應變、二維彈性軸對稱、三維彈性空間問題、二維正交各向異性、三維正交各向異性
塑性包二維塑性平面應力、二維塑性平面應變、軸對稱塑性、三維塑性空間問題　
結構包二維桁架、三維桁架、二維剛架、三維剛架、二維板殼、三維板殼　
粘彈性包二維Maxwell、三維Maxwell、二維Kelvin、三維Kelvin、二維標準線性固體、三維標準線性固體　
傳熱包二維穩態傳熱、三維穩態傳熱、軸對稱穩態傳熱、二維瞬態傳熱、三維瞬態傳熱、軸對稱瞬態傳熱　
滲流包二維穩態滲流、三維穩態滲流、二維無壓滲流、三維無壓滲流、二維非達西滲流、三維非達西滲流　
電磁包二維穩態電場、三維穩態電場、二維穩態磁場、三維穩態磁場、二維穩恒電流場　
土力學包二維Biot固結、三維Biot固結、二維Duncan、三維Duncan　
熱(re)固(gu)耦合(he)包二維穩(wen)態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)、三維穩(wen)態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)、二維瞬態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)、三維瞬態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)、軸(zhou)對(dui)稱(cheng)穩(wen)態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)、軸(zhou)對(dui)稱(cheng)瞬態(tai)(tai)熱(re)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)

其他模(mo)(mo)塊自定(ding)義軸對稱(cheng)穩態(tai)傳熱(re)； 三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)桁架振動(dong)； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)瞬態(tai)達西滲(shen)(shen)(shen)流(liu)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)非達西滲(shen)(shen)(shen)流(liu)Forchheimer模(mo)(mo)型； 二維(wei)(wei)(wei)(wei)薛定(ding)鄂(e)能譜方程； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)輻射換熱(re)； 非飽(bao)和(he)土壤滲(shen)(shen)(shen)流(liu)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)彈性變形(xing)(xing)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)材料擴(kuo)散模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 填埋場熱(re)流(liu)固耦合(he)模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)各向異性穩態(tai)滲(shen)(shen)(shen)流(liu)； 倒梁法(fa)計(ji)算(suan)內力； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)非線性溫度(du)(du)滲(shen)(shen)(shen)流(liu)耦合(he)； 二、三(san)(san)維(wei)(wei)(wei)(wei)非線性溫度(du)(du)滲(shen)(shen)(shen)流(liu)變形(xing)(xing)耦合(he)； 彈性波(bo)傳播模(mo)(mo)擬(ni)(ni)； 二、三(san)(san)地震彈性位錯變形(xing)(xing)； 燃料電池模(mo)(mo)擬(ni)(ni)

不同規模時SciFEA-GPU與普通CPU計算求解時間對比

前后處理
SciFEA-GPU的前后處理器采用歐洲工程數值模擬國際中心開發的GID軟件。GID軟件具有全面的幾何建模、網格劃分、CAD數據導入、后處理結果顯示等功能。GID采(cai)用類似于CAD的操作模式，用戶在使(shi)用GiD創建復雜模型問題時，會(hui)感受到(dao)前(qian)所(suo)未有的方便和輕松。它易于操作、方便靈(ling)活、直觀便捷。

應用價值
普通PC配置Nvidia C1060顯卡或Fermi顯卡即可實現桌面級超級計算
計算模塊完全獨立，用戶只須選擇關心的計算模塊，降低應用成本
沒有復雜的模型選擇分支，操作簡單易行
全中文菜單，便于理解和應用
豐富的計算實例，用戶以實例為向導，可快速上手
超算(suan)(suan)團隊熟悉有限元計算(suan)(suan)整個流程，為用戶(hu)在計算(suan)(suan)模擬(ni)各(ge)環節提供支持(chi)

基于超算顯卡并行計算咨詢
提供顯卡并行軟硬件配置解決方案；
面向工程和科學計算提供顯卡并行計算服務；
面向高校和研究院所提供顯卡并行軟件模塊定制；
提供用戶計算(suan)軟(ruan)(ruan)件(jian)顯卡加速(su)技術支(zhi)持和軟(ruan)(ruan)件(jian)服務(wu)。