超算顯卡并行有限元分析系統(tǒng)

(SciFEA-GPU)—新一代GPU/CPU混合架構(gòu)并行有限元分析系統(tǒng)

超算顯卡并行有限元分析系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SciFEA-GPU）是北京超算自主開發(fā)的一款基于GPU/CPU混合架構(gòu)的有限元分析系統(tǒng)。基于GPU和CPU兩種不同架構(gòu)處理器的結(jié)合，組成硬件上的協(xié)同模式；通過(guò)實(shí)現(xiàn)GPU和CPU的混合編程，由CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行順序型的代碼，由GPU來(lái)負(fù)責(zé)密集的并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)高效有限元分析。

同時(shí)SciFEA-GPU軟件按照全新的可裝配的思路進(jìn)行開發(fā)，充分利用軟件的可重用性，大大降低了軟件開發(fā)的難度，增加了軟件的可靠度。SciFEA-GPU軟件的設(shè)計(jì)架構(gòu)體現(xiàn)了數(shù)值模擬軟件個(gè)性化發(fā)展方向，為用戶提供了一種按需選擇的高性能計(jì)算新模式。

什么是顯卡并行?
“GPU/CPU協(xié)同并行計(jì)算技術(shù)”源于一個(gè)常識(shí)性的概念：“普通的微機(jī)有兩個(gè)處理器”。
1）CPU---稱為中央處理器；
2）GPU---Graphic Processing Unit,“圖形處理器”。常用于顯示而稱為顯卡。

不同架構(gòu)處理器的計(jì)算處理方式

GPU／CPU協(xié)同并行計(jì)算
1）硬件協(xié)同：將GPU和CPU兩種不同架構(gòu)的處理器結(jié)合在一起，組成硬件上的協(xié)同模式；
2）軟件協(xié)同：在應(yīng)用程序編寫上實(shí)現(xiàn)GPU和CPU的協(xié)同配合的并行計(jì)算。由CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行順序型的代碼，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用，而由GPU來(lái)負(fù)責(zé)密集的并行計(jì)算；
3）CPU和GPU各司其職，大幅度提高集群系統(tǒng)的總體計(jì)算效能。

SciFEA-GPU 的優(yōu)勢(shì)
SciFEA-GPU現(xiàn)有同類軟件
使用簡(jiǎn)單系統(tǒng)大、界面分支多
模塊獨(dú)立，按需選擇模塊是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，不易分拆
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活，易于擴(kuò)展調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)難度大
多物理場(chǎng)緊密耦合不同大系統(tǒng)之間小模塊的松散耦合
單機(jī)解百萬(wàn)階規(guī)模需要機(jī)群系統(tǒng)，成本高

SciFEA-GPU功能模塊包
超算有限元分析系統(tǒng)(SciFEA-GPU)
計(jì)算包包含模塊名稱
彈性包二維彈性平面應(yīng)力、二維彈性平面應(yīng)變、二維彈性軸對(duì)稱、三維彈性空間問(wèn)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(yīng)力、二維塑性平面應(yīng)變、軸對(duì)稱塑性、三維塑性空間問(wèn)題　
結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)線性固體、三維標(biāo)準(zhǔn)線性固體　
傳熱包二維穩(wěn)態(tài)傳熱、三維穩(wěn)態(tài)傳熱、軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)傳熱、二維瞬態(tài)傳熱、三維瞬態(tài)傳熱、軸對(duì)稱瞬態(tài)傳熱　
滲流包二維穩(wěn)態(tài)滲流、三維穩(wěn)態(tài)滲流、二維無(wú)壓滲流、三維無(wú)壓滲流、二維非達(dá)西滲流、三維非達(dá)西滲流　
電磁包二維穩(wěn)態(tài)電場(chǎng)、三維穩(wěn)態(tài)電場(chǎng)、二維穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)、三維穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)、二維穩(wěn)恒電流場(chǎng)　
土力學(xué)包二維Biot固結(jié)、三維Biot固結(jié)、二維Duncan、三維Duncan　
熱固耦合包二維穩(wěn)態(tài)熱彈性、三維穩(wěn)態(tài)熱彈性、二維瞬態(tài)熱彈性、三維瞬態(tài)熱彈性、軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)熱彈性、軸對(duì)稱瞬態(tài)熱彈性

其他模塊自定義軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)傳熱； 三維桁架振動(dòng)； 二、三維瞬態(tài)達(dá)西滲流模擬； 二、三維非達(dá)西滲流Forchheimer模型； 二維薛定鄂能譜方程； 二、三維輻射換熱； 非飽和土壤滲流模擬； 三維彈性變形模擬； 二、三維材料擴(kuò)散模擬； 填埋場(chǎng)熱流固耦合模擬； 二、三維各向異性穩(wěn)態(tài)滲流； 倒梁法計(jì)算內(nèi)力； 二、三維非線性溫度滲流耦合； 二、三維非線性溫度滲流變形耦合； 彈性波傳播模擬； 二、三地震彈性位錯(cuò)變形； 燃料電池模擬

不同規(guī)模時(shí)SciFEA-GPU與普通CPU計(jì)算求解時(shí)間對(duì)比

前后處理
SciFEA-GPU的前后處理器采用歐洲工程數(shù)值模擬國(guó)際中心開發(fā)的GID軟件。GID軟件具有全面的幾何建模、網(wǎng)格劃分、CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入、后處理結(jié)果顯示等功能。GID采用類似于CAD的操作模式，用戶在使用GiD創(chuàng)建復(fù)雜模型問(wèn)題時(shí)，會(huì)感受到前所未有的方便和輕松。它易于操作、方便靈活、直觀便捷。

應(yīng)用價(jià)值
普通PC配置Nvidia C1060顯卡或Fermi顯卡即可實(shí)現(xiàn)桌面級(jí)超級(jí)計(jì)算
計(jì)算模塊完全獨(dú)立，用戶只須選擇關(guān)心的計(jì)算模塊，降低應(yīng)用成本
沒有復(fù)雜的模型選擇分支，操作簡(jiǎn)單易行
全中文菜單，便于理解和應(yīng)用
豐富的計(jì)算實(shí)例，用戶以實(shí)例為向?qū)В煽焖偕鲜?br /> 超算團(tuán)隊(duì)熟悉有限元計(jì)算整個(gè)流程，為用戶在計(jì)算模擬各環(huán)節(jié)提供支持

基于超算顯卡并行計(jì)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(xué)計(jì)算提供顯卡并行計(jì)算服務(wù)；
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(jì)算軟件顯卡加速技術(shù)支持和軟件服務(wù)。