Implementación eficiente de esquemas de Galerkin discontinuo ADER para un motor escalable de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas
Autores: Dumbser, Michael; Fambri, Francesco; Tavelli, Maurizio; Bader, Michael; Weinzierl, Tobias
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Implementación eficiente de esquemas de Galerkin discontinuo ADER para un motor escalable de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Esquemas de alto orden eficientes
ADER-DG
Supercomputadoras
Ecuaciones hiperbólicas
Algoritmo numérico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este documento discutimos una implementación nueva y muy eficiente de esquemas de alto orden arbitrario altamente precisos utilizando esquemas de elementos finitos discontinuos Galerkin (ADER-DG) en computadoras supercomputadoras modernas masivamente paralelas. Los métodos numéricos se aplican a una amplia clase de sistemas no lineales de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas. Los esquemas ADER-DG son, por construcción, evitadores de comunicación y bloqueadores de caché, y además son muy adecuados para la vectorización, por lo que parecen ser un buen candidato para la próxima generación de supercomputadoras exascale. Presentamos el algoritmo numérico y mostramos algunas aplicaciones a un conjunto de ecuaciones hiperbólicas con niveles crecientes de complejidad, que van desde las ecuaciones de Euler compresibles sobre las ecuaciones de elasticidad lineal y el modelo unificado de Godunov-Peshkov-Romenski (GPR) de la mecánica de medios continuos hasta la magnetohidrodinámica relativista general (GRMHD) y las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general. Presentamos resultados de escalado fuerte de los nuevos esquemas ADER-DG hasta 180,000 núcleos de CPU. Hasta donde sabemos, estas son las ejecuciones más grandes realizadas con esquemas ADER-DG de alto orden para sistemas de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas no lineales. También proporcionamos una comparación detallada del rendimiento con esquemas tradicionales de Runge-Kutta DG.
Descripción
En este documento discutimos una implementación nueva y muy eficiente de esquemas de alto orden arbitrario altamente precisos utilizando esquemas de elementos finitos discontinuos Galerkin (ADER-DG) en computadoras supercomputadoras modernas masivamente paralelas. Los métodos numéricos se aplican a una amplia clase de sistemas no lineales de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas. Los esquemas ADER-DG son, por construcción, evitadores de comunicación y bloqueadores de caché, y además son muy adecuados para la vectorización, por lo que parecen ser un buen candidato para la próxima generación de supercomputadoras exascale. Presentamos el algoritmo numérico y mostramos algunas aplicaciones a un conjunto de ecuaciones hiperbólicas con niveles crecientes de complejidad, que van desde las ecuaciones de Euler compresibles sobre las ecuaciones de elasticidad lineal y el modelo unificado de Godunov-Peshkov-Romenski (GPR) de la mecánica de medios continuos hasta la magnetohidrodinámica relativista general (GRMHD) y las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general. Presentamos resultados de escalado fuerte de los nuevos esquemas ADER-DG hasta 180,000 núcleos de CPU. Hasta donde sabemos, estas son las ejecuciones más grandes realizadas con esquemas ADER-DG de alto orden para sistemas de ecuaciones en derivadas parciales hiperbólicas no lineales. También proporcionamos una comparación detallada del rendimiento con esquemas tradicionales de Runge-Kutta DG.