Der Fokus liegt stark auf der Hardware, wenn es um die parallele Skalierbarkeit der Leistung bei der Lösung massiver technischer Probleme geht. Bei der Verteilung einer großen partitionierten CFD or FEA Modell über viele Knoten, wird das Netzwerk mit geringerer Latenz exponentiell wichtiger, wenn die Anzahl der Knoten zunimmt. Für den heutigen Beitrag möchte ich jedoch die Aufmerksamkeit von der Hardware weglenken und einen kurzen Blick darauf werfen, was einige unabhängige Softwareanbieter (ISV) auf der Softwareseite tun, um sicherzustellen, dass Rechenkerne so wenig wie möglich ungenutzt herumliegen.

CONVERGE CFD
CONVERGE CFD von Convergent Science Code verfolgt einen weniger traditionellen Ansatz und implementiert Adaptive Mesh Refinement (AMR) in seinen Solver. AMR ist nicht nur in CONVERGE enthalten – es wurde in vielen Programmen implementiert, darunter auch in Open-Source-Codes wie Gerris– Eine der Hauptanwendungen von CONVERGE ist jedoch der Verbrennungsmotor, bei dem sich bewegliche Grenzen und hohe Gradienten perfekt für den Einsatz von AMR eignen.

Im Verbrennungsmotor können sich Stellen mit hohem Gradienten von den Ventilen über die Injektorspitze bis hin zum Sprühbereich bewegen. Um die transiente Lösung zu erhalten und eine hohe Genauigkeit an diesen Stellen mit hohem Gradienten aufrechtzuerhalten, können die orthogonalen Netzelemente mehrfach in 8 kleinere Elemente unterteilt werden.
Da einzelne Rechenkerne in der Regel zusammenhängende Bereiche der Domäne berechnen, um die Kommunikation mit anderen Kernen zu minimieren, werden alle neuen Elemente, die der Domäne hinzugefügt werden, immer einem Kern zugeordnet. Werden sie abgezogen, profitiert möglicherweise nur ein Kern von der geringeren Anzahl zu berechnender Elemente. Ohne den integrierten Lastausgleichsalgorithmus würde AMR zu erheblichen Lastungleichgewichten führen. Da der Lastausgleich selbst Rechenzeit beansprucht, kann der CONVERGE-Benutzer ein Zeitintervall für die Neuverteilung der Zellen auf alle Kerne festlegen.

Zusammengefasst:

• AMR reduziert den Gesamtrechenaufwand und erhöht die Lösungsgenauigkeit im Vergleich zu statisch vermaschten Domänen
• AMR stellt sicher, dass rechenintensive Bereiche während der gesamten Simulation nicht teuer sind
• AMR-Einstellungen können an die vom Benutzer gewünschte Lösungsgenauigkeit angepasst werden
• Der integrierte Lastenausgleich stellt sicher, dass Kerne nicht untätig herumsitzen und darauf warten, dass andere Kerne rechenintensive Bereiche lösen.

CONVERGE ist auf Anfrage auf Rescale verfügbar und lässt sich jetzt einfacher denn je in nur 4 einfachen Schritten ausführen:
(1) Wählen Sie CONVERGE aus der Analyseliste
(2) Wählen Sie die Anzahl der Kerne
(3) Zip-Datei mit den Eingaben hochladen
(4) Klicken Sie auf „Senden“, um den Job auszuführen

LS-DYNA
Bei der Lösung mechanischer Probleme gehören nichtlineare Aufgaben zu den rechenintensivsten. Der führende nichtlineare Löser ist LS-DYNA, entwickelt von der Livermore Software Technology Corporation (LSTC) und aufgrund seines hervorragenden Rufs in viele Pakete von Drittanbietern integriert. Wie Convergent Science konzentriert sich LSTC hauptsächlich auf die Entwicklung seiner Solver.

Mechanische Probleme, die mit Plastizität und starken Deformationen zu tun haben, erfordern einen nichtlinearen Löser. Eine der Hauptanwendungen für diese Art von Simulation ist die Crashtest-Simulation. Der Aufprallpunkt erfährt die größte Deformation und erfordert den größten Rechenaufwand. Bei der herkömmlichen Methode der rekursiven Koordinatenhalbierung (RCB) wird der Bereich entlang der breitesten Achse aufgeteilt, sodass die Fahrzeugfront von einem einzigen Kern gelöst wird, während der Rest des Fahrzeugs, der keine Deformation erfährt, von allen anderen Knoten gelöst wird. Diese Art der Unterteilung führt zu einer ungünstigen Lastverteilung.

Als Lösung bietet LS-DYNA dem Benutzer die Möglichkeit, verschiedene Dekompositionseinstellungen festzulegen. So kann beispielsweise der Bereich eines Automodells der Länge nach in kleine Segmente unterteilt werden. Diese Art der Dekomposition verteilt die rechenintensiven Bereiche bei der Modellierung eines Frontalcrashs auf alle Kerne. Seitenaufprallsimulationen würden von dieser Dekomposition nicht profitieren. Eine ausführlichere Beschreibung findet sich hervorragend erklärt unter werden auf dieser Seite erläutert.

Beim Skalieren kann der Benutzer Zerlegungsparameter hinzufügen, indem er eine „P-Datei“ angibt. Die P-Datei kann eine Definition enthalten, um die Teile mit Gleitkontakten (Teil 6) und den Skalierungsfaktor in bestimmten Richtungen anzugeben (Y-Skalierung mit 24x):

dekomp { silist 6 sy 24 }

Um eine P-Datei für Rescale zu verwenden, geben Sie sie in der Analyse-Befehlszeile an. Um eine Single-Precision-MPP-Hybrid-Absturzsimulation (Version 7.1.1) mit 64 Kernen (8 DMP-Ränge mit jeweils 8 SMP-Threads) auszuführen, würde der Rescale-Benutzer Folgendes ausführen:

ls-dyna -n 8 -s 8 -i input.k -p single -a "memory=2000m p=pfile" -v 7.1.1

Kurz zusammengefasst:

• Der RCB-Zerlegungsalgorithmus von LS-DYNA ermöglicht die individuelle Spezifikation wichtiger Modellteile und die Skalierung entlang einer oder mehrerer Achsen
• LS-DYNA bietet einen hybriden MPP-Solver, der sowohl MPI- als auch OpenMP-Technologie verwendet, um sehr große Probleme möglichst effizient zu skalieren
• Die benutzerdefinierten Zerlegungseinstellungen können einfach in einer P-Datei festgelegt werden. Wenn Sie also mit der Zerlegung experimentieren, müssen Sie lediglich eine kleine Datei erneut in Rescale hochladen, anstatt die große Modelldatei ändern und erneut hochladen zu müssen.

Sowohl LS-DYNA als auch CONVERGE sind auf Rescale mit kurzfristiger oder stündlicher On-Demand-Lizenzierung verfügbar.