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吴建平,蒋涛,彭军,银福康,杨锦辉.基于局部通信的有限元分析并行算法优化研究
Research on optimization techniques for parallel finite element analysis based on local communication operations[J].计算力学学报,2021,38(1):51~59
基于局部通信的有限元分析并行算法优化研究
Research on optimization techniques for parallel finite element analysis based on local communication operations
Research on optimization techniques for parallel finite element analysis based on local communication operations
投稿时间:2020-03-16  修订日期:2020-07-08
DOI:10.7511/jslx20200316001
中文关键词:  有限元  刚度矩阵  稀疏矩阵  并行算法  混凝土试件
英文关键词:finite element  stiffness matrix  sparse matrix  parallel algorithm  concrete specimen
基金项目:国家自然科学基金(41875121;61379022)资助项目.
作者单位
吴建平 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073 
蒋涛 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073
国防科技大学 计算机学院, 长沙 410073 
彭军 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073 
银福康 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073 
杨锦辉 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073 
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中文摘要:
      针对有限元分析的计算问题,在现有采用全局通信方案的简单并行算法基础上,对其所涉核心算法,采用稀疏数据结构与局部通信进行并行算法优化设计,有效减少了通信所涉及的处理器个数与通信量。同时,通过采用非阻塞通信,并将与通信无关计算进行分离与前置的方法,进行计算与通信重叠,以有效隐藏通信开销的影响。实验结果表明,优化所得算法相比现有算法具有明显改进,特别是对稀疏矩阵稠密向量乘与单元贡献装配,改进很大。同时,随着任务个数的增加,改进效果越明显。
英文摘要:
      In this paper,for finite element analyses,based on the existing simple parallel algorithm with global communication operations,the core algorithms are optimized with sparse data structures and local communication operators.These strategies reduce the number of processors and traffic involved in communication.At the same time,by using non-blocking communication operations and executing the communication-free computations first,the overlapping of communication with computations is carried out to effectively hide the communication overhead.The experimental results show that the optimized algorithm has been greatly improved,especially for the multiplication of a sparse matrix by a dense vector and the assembly of elemental contributions.In addition,with the increase of the number of tasks,the improvement is more and more significant.
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