Ресурсно-эффективные конечно-элементные вычисления на многоядерных архитектурах

Abstract

В данной работе рассматривается построение эффективных конечно-элементных алгоритмов на трехмерных неструктурированных сетках, учитывающих сложные параллельные процессы синхронизации, вопросы распределения памяти и хранения данных. Предлагается послойное разделение расчетной сетки на подобласти без ветвления внутренних границ, упрощающее доступ к независимым данным и параллельным вычислениям на различных этапах конечно-элементного решения задач на неструктурированных сетках в многосвязных областях. Анализируется возможность прогнозирования временной эффективности и ресурсоемкости предложенных алгоритмических решений. Приводится анализ ресурсной эффективности алгоритмов в поэлементной схеме решения системы линейных алгебраических уравнений метода конечных элементов. Показано, что низкая арифметическая интенсивность рассматриваемых алгоритмов приводит к тому, что их производительность ограничивается пропускной способностью подсистемы памяти, а не производительностью процессоров. Графическая память обладает большей пропускной способностью, чем оперативная, что позволяет существенно увеличить производительность алгоритма на GPU.