La paralelización en el software del método de elementos finitos (MEF) se refiere al proceso de dividir y distribuir las tareas computacionales entre múltiples procesadores o núcleos para acelerar el análisis y la simulación de problemas de ingeniería complejos. La computación paralela permite que el software maneje simulaciones más grandes y complejas al aprovechar la potencia de las CPU multinúcleo modernas e incluso los clústeres de computación distribuida.
Aquí hay algunos aspectos clave de la paralelización en el software FEM:
Descomposición del dominio : Un enfoque común para la paralelización implica dividir el dominio de simulación en subdominios más pequeños. Luego, cada subdominio se asigna a un procesador o núcleo diferente, y los cálculos se realizan simultáneamente en estas partes separadas. Una vez que se completan los cálculos locales, los resultados se combinan para obtener la solución general.
Esta tecnología se utiliza en RFEM 6 y RSTAB 9 para el cálculo paralelo de casos de carga y combinaciones de carga. Se inicia una instancia del solucionador para cada núcleo, que luego calcula los casos de carga o combinaciones de carga uno tras otro.
Multiproceso y multiprocesamiento : El software FEM puede usar técnicas de subprocesos múltiples y multiprocesamiento para paralelizar los cálculos. Los subprocesos múltiples implican dividir un solo programa en subprocesos más pequeños que se pueden ejecutar simultáneamente. El multiprocesamiento implica ejecutar múltiples procesos o tareas independientes simultáneamente.
Ambas técnicas se utilizan en RFEM 6.
Se inician varios procesos de solucionador independientes para el cálculo paralelo de casos de carga y combinaciones de carga. Esta es la técnica del multiprocesamiento.
Si el solucionador directo se usa para el cálculo individual de un caso de carga o una combinación de carga, la carga de trabajo se divide en varios subprocesos para resolver el sistema de ecuaciones.
Escalabilidad : La escalabilidad se refiere a qué tan bien el software FEM puede manejar un número creciente de procesadores o núcleos. Un software de MEF paralelo bien diseñado debería mostrar una buena escalabilidad, lo que significa que a medida que se agregan más procesadores, la mejora del rendimiento es significativa y el tiempo de simulación disminuye.
Bibliotecas paralelas y API : Muchos paquetes de software FEM aprovechan las bibliotecas de programación paralela y las API ( interfaces de programación de aplicaciones) para implementar la paralelización de manera efectiva. Los ejemplos incluyen OpenMP, CUDA (para la paralelización de GPU) y otros.
OpenMP se usa en RFEM 6 para la implementación de subprocesos múltiples.
CUDA no se usa en RFEM 6. Por lo tanto, el cálculo no se puede realizar en tarjetas gráficas o aceleradores informáticos similares.
Paralelización del solucionador : En las simulaciones por el método de los elementos finitos, la solución de sistemas lineales de ecuaciones es un cuello de botella común. Los solucionadores avanzados se pueden paralelizar para mejorar la velocidad de la solución.
Preprocesamiento y posprocesamiento : Si bien gran parte de la atención se centra en la paralelización de la fase del solucionador, la paralelización también se puede aplicar a otros aspectos del análisis por el MEF, incluidas las tareas de preprocesamiento (generación de mallas, configuración del modelo) y el posprocesamiento (visualización, análisis de datos).
Tanto en el preprocesamiento como en el postprocesamiento, la paralelización mediante subprocesos múltiples se utiliza en RFEM 6 y RSTAB 9.
La paralelización eficaz en el software del MEF puede reducir significativamente los tiempos de simulación, lo que permite a los ingenieros e investigadores analizar problemas más grandes y complejos de manera eficiente.