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一款基于GPU/CPU混合架構的有限元分析系統。基于GPU和CPU兩種不同架構處理器的結合，組成硬件上的協同模式；通過實現GPU和CPU的混合編程，由CPU負責執行順序型的代碼，由GPU來負責密集的并行計算實現高效有限元分析。

同時SciFEA-GPU軟件按照(zhào)全新的可裝配的思路(lù)進行開發，充分利用軟件的可重用性，大(dà)大(dà)降低了軟件開發的難度，增加了軟件的可靠度。SciFEA-GPU軟件的設計架構體現了數值模拟軟件個性化發展方向，爲用戶提供了一種按需選擇的高性能計算新模式。

什麽是顯卡并行?
“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---稱爲中央處理器；
2）GPU---Graphic Processing Unit,“圖形處理器”。常用于顯示而稱爲顯卡。

不同架構處理器的計算處理方式

GPU／CPU協同并行計算
1）硬件協同：将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(rú)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GPU各司其職，大(dà)幅度提高集群系統的總體計算效能。

SciFEA-GPU 的優勢
SciFEA-GPU現有同類軟件
使用簡單系統大(dà)、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(dà)
多物理場緊密耦合不同大(dà)系統之間小模塊的松散耦合
單機解百萬階規模需要機群系統，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、二維闆殼、三維闆殼　
粘彈性包二維Maxwell、三維Maxwell、二維Kelvin、三維Kelvin、二維标準線性固體、三維标準線性固體　
傳熱包二維穩态傳熱、三維穩态傳熱、軸對稱穩态傳熱、二維瞬态傳熱、三維瞬态傳熱、軸對稱瞬态傳熱　
滲流包二維穩态滲流、三維穩态滲流、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　
電磁包二維穩态電場、三維穩态電場、二維穩态磁場、三維穩态磁場、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　
熱固耦合包二維穩态熱彈性、三維穩态熱彈性、二維瞬态熱彈性、三維瞬态熱彈性、軸對稱穩态熱彈性、軸對稱瞬态熱彈性

其他(tā)模塊自定義軸對稱穩态傳熱； 三維桁架振動； 二、三維瞬态達西滲流模拟； 二、三維非達西滲流Forchheimer模型； 二維薛定鄂能譜方程； 二、三維輻射換熱； 非飽和土壤滲流模拟； 三維彈性變形模拟； 二、三維材料擴散模拟； 填埋場熱流固耦合模拟； 二、三維各向異性穩态滲流； 倒梁法計算内力； 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； 彈性波傳播模拟； 二、三地震彈性位錯變形； 燃料電池模拟

不同規模時SciFEA-GPU與普通CPU計算求解時間對比

前後處理
SciFEA-GPU的前後處理器采用歐洲工程數值模拟國際中心開發的GID軟件。GID軟件具有全面的幾何建模、網格劃分、CAD數據導入、後處理結果顯示等功能。GID采用類似于CAD的操作模式，用戶在使用GiD創建複雜模型問題時，會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，用戶隻須選擇關心的計算模塊，降低應用成本
沒有複雜的模型選擇分支，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，用戶以實例爲向導，可快速上手
超算團隊熟悉有限元計算整個流程，爲用戶在計算模拟各環節提供支持

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(xiào)和研究院所提供顯卡并行軟件模塊定制；
提供用戶計算軟件顯卡加速技術支持和軟件服務。