Машина конечных элементов
Машина конечных элементов (FEM) конца 1970-х — начала 1980-х годов — проект НАСА по созданию и оценке производительности параллельного компьютера для структурного анализа . FEM был завершен и успешно испытан в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния . [1] Мотивация к FEM возникла в результате слияния двух концепций: метода конечных элементов структурного анализа и внедрения относительно недорогих микропроцессоров .
В методе конечных элементов поведение (напряжения, деформации и перемещения, возникающие в результате условий нагрузки) крупномасштабных конструкций аппроксимируется КЭ -моделью, состоящей из структурных элементов (членов), соединенных в структурных узловых точках. Расчеты на традиционных компьютерах выполняются в каждой узловой точке, а результаты передаются соседним узловым точкам до тех пор, пока не будет вычислено поведение всей конструкции. В машине конечных элементов микропроцессоры, расположенные в каждой узловой точке, выполняют эти узловые вычисления параллельно. Если узловых точек (N) больше, чем микропроцессоров (P), то каждый микропроцессор выполняет вычисления N/P. Машина конечных элементов содержала 32 процессорные платы, каждая из которых включала процессор Texas Instruments TMS9900 , 32 платы ввода-вывода (IO) и контроллер TMS99/4. FEM был задуман, спроектирован и изготовлен в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли. Процессорный чип TI 9900 был выбран командой НАСА, поскольку это был первый 16-битный процессор, доступный на рынке, который до этого был ограничен менее мощными процессорами. 8-битные процессоры. Концепция FEM была впервые успешно протестирована для решения уравнений изгиба балки на прототипе Langley FEM ( 4 IMSAI 8080s ). Это привело к полномасштабному изготовлению и тестированию FEM командой аппаратно-программных приложений FEM под руководством доктора Олафа Стораасли, ранее работавшего в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли и Национальной лаборатории Ок-Ридж (в настоящее время в USEC ).Первые значительные результаты работы машины конечных элементов задокументированы в книге «Машина конечных элементов: эксперимент по параллельной обработке» (NASA TM 84514). [1]
Благодаря успеху машины конечных элементов в демонстрации жизнеспособности параллельных вычислений (наряду с ILLIAC IV и Goodyear MPP ), вскоре были проданы коммерческие параллельные компьютеры. Впоследствии НАСА в Лэнгли приобрело мультикомпьютер Flex/32 (а позже Intel iPSC и Intel Paragon параллельного алгоритма ) для продолжения исследований и разработок конечных элементов . В 1989 году код решения параллельных уравнений, впервые прототип которого был создан на FEM и протестирован на FLEX, был перенесен на первый Cray YMP НАСА через Force. [2] (Фортран для одновременного выполнения), чтобы сократить время расчета конструкции для перепроектирования твердотопливного ракетного ускорителя космического корабля «Челленджер» с 54 870 уравнениями с 14 часов до 6 секунд. Это исследовательское достижение было удостоено первой награды Cray GigaFLOP Performance Award на выставке Supercomputing '89. Этот код превратился в универсальный решатель НАСА (GPS) для матричных уравнений, используемый в многочисленных кодах конечных элементов для ускорения времени решения. GPS ускорил код Генуи AlphaStar Corporation в 10 раз, позволив в 10 раз увеличить масштаб приложений, за что команда получила награду НАСА «Программное обеспечение года» в 1999 году и премию R&D100 в 2000 году.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б ОО Стораасли; SW Пиблс; Т.В. Крокетт; Дж. Д. Нотт (1982). Машина конечных элементов: эксперимент по параллельной обработке (PDF) (Отчет). НАСА . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Гарри Ф. Джордан (1986). The Force on the Flex: глобальный параллелизм и переносимость (PDF) (Отчет). НАСА. Архивировано (PDF) из оригинала 5 июня 2016 г. Проверено 9 мая 2016 г.
- Дальнейшее чтение
- Системное программное обеспечение для машины конечных элементов
- Руководство программиста PASLIB для машины конечных элементов, редакция 2.1-A
- Поддержка операционных систем для конечно-элементной машины
- Три параллельных метода вычислений для анализа вибрации конструкций .
- Решение задач структурного анализа на параллельном компьютере .
- Структурный динамический анализ на параллельном компьютере: машина конечных элементов