超算显卡并行有限元分析系统

(SciFEA-GPU)—新一代GPU/CPU混合架构并行有限元分析系统

超算显卡并行有限元分析系统（简称SciFEA-GPU）是北京超算自主开发的一款基于GPU/CPU混合架构的有限元分析系统。基于GPU和CPU两种不同架构处理器的结合，组成硬件上的协同模式；通过实现GPU和CPU的混合编程，由CPU负责执行顺序型的代码，由GPU来负责密集的并行计算实现高效有限元分析。

同时SciFEA-GPU软件按照全新的可装配的思路进行开发，充分利用软件的可重用性，大大降低了软件开发的难度，增加了软件的可靠度。SciFEA-GPU软件的设计架构体现了数值模拟软件个性化发展方向，为用户提供了一种按需选择的高性能计算新模式。

什么是显卡并行?
“GPU/CPU协同并行计算技术”源于一个常识性的概念：“普通的微机有两个处理器”。
1）CPU---称为中央处理器；
2）GPU---Graphic Processing Unit,“图形处理器”。常用于显示而称为显卡。

不同架构处理器的计算处理方式

GPU／CPU协同并行计算
1）硬件协同：将GPU和CPU两种不同架构的处理器结合在一起，组成硬件上的协同模式；
2）软件协同：在应用程序编写上实现GPU和CPU的协同配合的并行计算。由CPU负责执行顺序型的代码，如操作系统、数据库等应用，而由GPU来负责密集的并行计算；
3）CPU和GPU各司其职，大幅度提高集群系统的总体计算效能。

SciFEA-GPU 的优势
SciFEA-GPU现有同类软件
使用简单系统大、界面分支多
模块独立，按需选择模块是整个系统的一部分，不易分拆
数据结构灵活，易于扩展调整数据结构难度大
多物理场紧密耦合不同大系统之间小模块的松散耦合
单机解百万阶规模需要机群系统，成本高

SciFEA-GPU功能模块包
超算有限元分析系统(SciFEA-GPU)
计算包包含模块名称
弹性包二维弹性平面应力、二维弹性平面应变、二维弹性轴对称、三维弹性空间问题、二维正交各向异性、三维正交各向异性
塑性包二维塑性平面应力、二维塑性平面应变、轴对称塑性、三维塑性空间问题　
结构包二维桁架、三维桁架、二维刚架、三维刚架、二维板壳、三维板壳　
粘弹性包二维Maxwell、三维Maxwell、二维Kelvin、三维Kelvin、二维标准线性固体、三维标准线性固体　
传热包二维稳态传热、三维稳态传热、轴对称稳态传热、二维瞬态传热、三维瞬态传热、轴对称瞬态传热　
渗流包二维稳态渗流、三维稳态渗流、二维无压渗流、三维无压渗流、二维非达西渗流、三维非达西渗流　
电磁包二维稳态电场、三维稳态电场、二维稳态磁场、三维稳态磁场、二维稳恒电流场　
土力学包二维Biot固结、三维Biot固结、二维Duncan、三维Duncan　
热固耦合包二维稳态热弹性、三维稳态热弹性、二维瞬态热弹性、三维瞬态热弹性、轴对称稳态热弹性、轴对称瞬态热弹性

其他模块自定义轴对称稳态传热； 三维桁架振动； 二、三维瞬态达西渗流模拟； 二、三维非达西渗流Forchheimer模型； 二维薛定鄂能谱方程； 二、三维辐射换热； 非饱和土壤渗流模拟； 三维弹性变形模拟； 二、三维材料扩散模拟； 填埋场热流固耦合模拟； 二、三维各向异性稳态渗流； 倒梁法计算内力； 二、三维非线性温度渗流耦合； 二、三维非线性温度渗流变形耦合； 弹性波传播模拟； 二、三地震弹性位错变形； 燃料电池模拟

不同规模时SciFEA-GPU与普通CPU计算求解时间对比

前后处理
SciFEA-GPU的前后处理器采用欧洲工程数值模拟国际中心开发的GID软件。GID软件具有全面的几何建模、网格划分、CAD数据导入、后处理结果显示等功能。GID采用类似于CAD的操作模式，用户在使用GiD创建复杂模型问题时，会感受到前所未有的方便和轻松。它易于操作、方便灵活、直观便捷。

应用价值
普通PC配置Nvidia C1060显卡或Fermi显卡即可实现桌面级超级计算
计算模块完全独立，用户只须选择关心的计算模块，降低应用成本
没有复杂的模型选择分支，操作简单易行
全中文菜单，便于理解和应用
丰富的计算实例，用户以实例为向导，可快速上手
超算团队熟悉有限元计算整个流程，为用户在计算模拟各环节提供支持

基于超算显卡并行计算咨询
提供显卡并行软硬件配置解决方案；
面向工程和科学计算提供显卡并行计算服务；
面向高校和研究院所提供显卡并行软件模块定制；
提供用户计算软件显卡加速技术支持和软件服务。