并行網(wǎng)格技術(shù)的案例
STAR-CCM+新一代并行多面網(wǎng)格劃分技術(shù) 附Star CCM+中文教程文檔下載
十四年來，自動(dòng)化生成高質(zhì)量的多面體網(wǎng)格一直是Simcenter STAR-CCM +的關(guān)鍵優(yōu)勢，從而減輕了手工網(wǎng)格的負(fù)擔(dān)。借助SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中的下一代并行多面體網(wǎng)格劃分器，可以比以前更快地創(chuàng)建具有邊界層的高質(zhì)量工業(yè)全多面體網(wǎng)格劃分。
1
效率
下圖展示了SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中一組工業(yè)用例的多面網(wǎng)格劃分的劃分性能。生成的所有網(wǎng)格都是具有邊界層的高質(zhì)量全多面體。現(xiàn)在，六千萬-七千萬網(wǎng)格的案例的劃分速度提高了30-45倍，而對于6700萬工業(yè)設(shè)備用網(wǎng)格，在256個(gè)內(nèi)核上，當(dāng)前的記錄速度提高了44倍。對于這種情況，每分鐘創(chuàng)建620萬個(gè)網(wǎng)格，這意味著可以在不到11分鐘的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建完整的6700萬個(gè)高質(zhì)量、帶有邊界層的工業(yè)級多面體網(wǎng)格，也不過是喝一杯咖啡的時(shí)間。
2
一致性
網(wǎng)格的一致性是仿真結(jié)果的關(guān)鍵，在新一代并行技術(shù)下在32/128/256 /…內(nèi)核上創(chuàng)建的網(wǎng)格與串行創(chuàng)建的網(wǎng)格結(jié)果非常相似，有很好的一致性。這在以下方面得到了證明：在一組17個(gè)工業(yè)案例中，與串行生成的網(wǎng)格數(shù)量相比，其中13個(gè)案例在不同的核數(shù)并行范圍內(nèi)生成的總網(wǎng)格數(shù)量差異小于0.1％，其余算例顯示網(wǎng)格變化小于0.9％。
下面的網(wǎng)格一致性示例是對直升機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行模擬。
展開 技術(shù)分享｜并行代數(shù)多重網(wǎng)格算法：如何用黑盒求解器攻克復(fù)雜工程計(jì)算的效率瓶頸？
01 多重網(wǎng)格方法介紹
多重網(wǎng)格方法是一種高效求解偏微分方程離散系統(tǒng)的迭代方法，其核心思想是通過不同網(wǎng)格層次的協(xié)同作用加速收斂。它分為幾何多重網(wǎng)格（Geometric Multigrid Method, GMG）和代數(shù)多重網(wǎng)格（Algebraic Multigrid Method, AMG）兩類，分別基于幾何信息和純代數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建。
傳統(tǒng)迭代方法如雅可比(Jacobi)、高斯-賽德爾(Gauss–Seidel)方法雖能在細(xì)網(wǎng)格上快速消除高頻誤差，但對低頻誤差效果不佳。多重網(wǎng)格方法通過將問題轉(zhuǎn)移到粗網(wǎng)格，使低頻誤差在粗網(wǎng)格上變?yōu)楦哳l，從而被有效消除。它構(gòu)建一系列從細(xì)到粗的網(wǎng)格，通過限制(Restriction)和插值(Interpolation, or Prolongation)在不同網(wǎng)格間傳遞信息，利用粗網(wǎng)格快速消除低頻誤差，細(xì)網(wǎng)格修正高頻誤差，以此加速收斂。
下圖反映了一個(gè)2D泊松方程的迭代求解過程中殘差分布的變化（初始隨機(jī)分布），模型分辨率為100 × 100個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，使用的迭代方法為高斯-賽德爾迭代法。可以發(fā)現(xiàn)，長波長(低頻)殘差的衰減速度要比短波長(高頻)殘差慢得多。
(圖片來自文獻(xiàn)Introduction to Numerical Geodynamic Modelling)
02 代數(shù)多重網(wǎng)格(AMG)方法
代數(shù)多重網(wǎng)格方法是一種用于求解稀疏線性方程組的高效數(shù)值計(jì)算方法，特別適用于工程和科學(xué)計(jì)算中的復(fù)雜問題。它通過將計(jì)算區(qū)域劃分為多個(gè)層次化的網(wǎng)格，以提高計(jì)算效率和精度。AMG方法的基本思想是利用粗網(wǎng)格和細(xì)網(wǎng)格之間的關(guān)系，通過在不同層次上進(jìn)行平滑和殘差修正來加速求解過程。它結(jié)合了代數(shù)方法和多重網(wǎng)格技術(shù)，不需要顯式的網(wǎng)格生成，而是直接在代數(shù)層面上操作，通過層次化拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建得到各層級的稀疏矩陣。
展開 CFD網(wǎng)格生成新高度——HPC并行處理大規(guī)模網(wǎng)格
當(dāng)在16核群集上運(yùn)行相同的網(wǎng)格時(shí)，每個(gè)核心的RAM要求降至37 GB甚至更低。
使用并行處理生成網(wǎng)格
為了提高CFD數(shù)值模擬的速度和效率，通常需要并行計(jì)算以便充分利用高性能計(jì)算機(jī)（HPC）的強(qiáng)大并行處理能力。根據(jù)HPC的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)為共享存儲(chǔ)，在不同的網(wǎng)格區(qū)域同時(shí)運(yùn)行求解器，及時(shí)獲得不同區(qū)域之間的結(jié)果進(jìn)行信息整合。
高性能計(jì)算流體力學(xué)
關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下幾種：
相鄰的網(wǎng)格單元區(qū)塊各自獨(dú)立完成迭代求解，之后將流場信息進(jìn)行交換。
對大規(guī)模原始網(wǎng)格進(jìn)行二次剖分，以獲得更多小規(guī)模的網(wǎng)格區(qū)塊進(jìn)行迭代求解；另外一種情況是對各網(wǎng)格區(qū)塊進(jìn)行組合，形成少數(shù)目的邏輯組進(jìn)行求解。
通過增加計(jì)算進(jìn)程的總數(shù)目，從而增大CFD模擬的并發(fā)度，加快網(wǎng)格區(qū)塊之間的通信，在兩者之間取得平衡，達(dá)到并行加速的目的。
確定計(jì)算任務(wù)的進(jìn)程，利用高性能系統(tǒng)所提供的任務(wù)工具來實(shí)現(xiàn)硬件調(diào)配。
當(dāng)同一個(gè)任務(wù)同時(shí)有多條并行，在每個(gè)軟件和硬件CPU核間建立固定的映射，已達(dá)到最大的性能效益。
工程師利用高性能計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行以下測驗(yàn)。
計(jì)算機(jī)屬性為單結(jié)點(diǎn)內(nèi)存48GB；主頻2.93GHz；6核CPU。
過程：使用64個(gè)對稱并行模擬，考查迭代求解過程中的計(jì)算時(shí)間。
展開 【網(wǎng)格黑科技】扒一扒你所不知道的Cast-Designer網(wǎng)格黑科技
5）【內(nèi)部節(jié)點(diǎn)移動(dòng)技術(shù)】看到這里，細(xì)心的朋友應(yīng)該會(huì)提出疑問，既然外表面的網(wǎng)格移動(dòng)過，是否會(huì)出現(xiàn)表面狹長的元素，影響質(zhì)量呢？聰明的軟件也想到了，因此有了這個(gè)技術(shù)，所有的內(nèi)部網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都會(huì)根據(jù)質(zhì)量自動(dòng)調(diào)整。細(xì)長/畸變/扭曲/夾角，通通解決，安排！
6）【局部網(wǎng)格技術(shù)】這個(gè)技術(shù)好像已經(jīng)沒有什么可說的了，總之就是你想要哪里細(xì)化，哪里粗化，根據(jù)自己的需求指定就好。略過吧。
7）【網(wǎng)格布爾運(yùn)算】這項(xiàng)技術(shù)還真的可以說一說，布爾運(yùn)算嘛，用過CAD的朋友應(yīng)該都熟悉。那么網(wǎng)格布爾運(yùn)算，就是直接用三維網(wǎng)格，進(jìn)行布爾運(yùn)算。據(jù)說是獨(dú)一無二的。
應(yīng)用1：設(shè)計(jì)前期，只有鑄件，想要加上砂芯一起分析，怎么辦？在CAD里面做。復(fù)雜！網(wǎng)格布爾運(yùn)算直接搞定。
應(yīng)用2：只有模具，沒有鑄件和澆鑄系統(tǒng)。從模具中，把鑄件和澆鑄系統(tǒng)布爾出來。
應(yīng)用3：甲方爸爸只給了鑄件和工藝，沒有模具，但是，要求分析報(bào)告中，包含模具溫度分布。用網(wǎng)格網(wǎng)格布爾運(yùn)算，直接把模具用網(wǎng)格布爾出來。
8）【局部特征識(shí)別技術(shù)】嗯，好像也沒有什么好講的，還是看圖吧。
9）【混合網(wǎng)格技術(shù)、網(wǎng)格裝配技術(shù)】混合網(wǎng)格嘛，就是鑄件用六面體，模具由于不涉及到金屬液流動(dòng)計(jì)算，為了節(jié)省元素量，用四面體。網(wǎng)格裝配技術(shù)，就是把全套模具，丟進(jìn)去，自動(dòng)完全節(jié)點(diǎn)連續(xù)的網(wǎng)格裝配，包括鑄件，動(dòng)模，定模，滑塊，水道和其他附屬結(jié)構(gòu)。
10）【并行網(wǎng)格技術(shù)】這個(gè)技術(shù)，在新版本V7.7里面出現(xiàn)了，而且是免費(fèi)的哦。良心軟件！聽說也是獨(dú)一無二的。
作用就是把你的機(jī)器上，所有的CPU全部用來做網(wǎng)格。具體的測評，可以看上一篇文章：
【暴力測評】并行網(wǎng)格劃分技術(shù)
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有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成的并行區(qū)域劃分算法
作者：咼嘉妮 胡久鄉(xiāng) 盧正 來源：CAD世界網(wǎng)
摘 要 提出了一種基于網(wǎng)格生成遞歸法的并行區(qū)域劃分算法，該算法依據(jù)網(wǎng)格生成代價(jià)的估算分析，采用迭代分解法對區(qū)域進(jìn)行并行劃分.在曙光1000A 系統(tǒng)上的運(yùn)行結(jié)果表明，該網(wǎng)格算法的效率和加速比均優(yōu)于串行遞歸算法.
關(guān)鍵詞 有限元網(wǎng)格；并行區(qū)域劃分算法；網(wǎng)格生成代價(jià)；迭代分解法
基于網(wǎng)絡(luò)生成遞歸法［1～3］，本文提出了一種并行區(qū)域劃分算法，該算法滿足以下四個(gè)基本原則：a. 任務(wù)平衡性原則.能生成平衡的子區(qū)域集，即在各子區(qū)域中生成網(wǎng)格的時(shí)間大致相等.b. 邊界最簡原則.子區(qū)域的邊界結(jié)構(gòu)簡單，邊界處理所需時(shí)間短，處理器間消息傳遞的費(fèi)用低.c. 網(wǎng)格均勻原則.并行生成的最終網(wǎng)格形狀均勻，無奇異單元.d.
展開 [軟件速遞]Tioga，一個(gè)開源的并行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格overset庫
Jay Sitaraman的個(gè)人項(xiàng)目，算是PUNDIT（CREATE A/V項(xiàng)目的overset模塊）的一個(gè)簡化版，有興趣的朋友可以研究一下。
1. 相關(guān)的文獻(xiàn)：
[1] Brazell, M., Sitaraman J. and Mavriplis D.,"An Overset Mesh Approach for 3D Mixed
Element High Order Discretizations", Proceedings of 2014 Overset Grid Symposium,
Atlanta, GA, Oct 6-9, 2014.
[2] Roget, B. and Sitaraman, J., "Robust and efficient overset grid assembly for partitioned unstructured meshes", Journal of Computational Physics, v 260, March 2014, Pages 1-24
2. 項(xiàng)目地址：https://github.com/jsitaraman/tioga
本文轉(zhuǎn)自流體中文網(wǎng)，有刪改。感謝原作者。
原帖地址：http://www.cfluid.com/forum.php?mod=viewthread&tid=150796&fromuid=128839
展開 云端解鎖ParaView并行渲染，千萬級網(wǎng)格模型可視化
支持這些并行架構(gòu)意味著ParaView可以并行處理龐大的數(shù)據(jù)集，收集各進(jìn)程上的結(jié)果，并將其可視化。在可視化方面，ParaView提供了許多通用的可視化技術(shù)用于顯示和分析工程數(shù)據(jù)集，如切片、等值面、流線、輪廓、高級渲染等。
本文主要介紹 ParaView在SimForge?高性能仿真云平臺(tái)上的使用，通過對算例熱點(diǎn)函數(shù)的性能加速分析，發(fā)現(xiàn)增加GPU數(shù)量對數(shù)據(jù)I/O、數(shù)據(jù)生成和數(shù)據(jù)提取操作的并行加速效果非常可觀 。
01 什么是可視化
可視化過程是指將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為一種可以直接顯示并且易于理解的形式。這個(gè)過程可以幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)，從而揭示數(shù)據(jù)背后的隱藏關(guān)系。在ParaView中，可視化過程通常包括三個(gè)步驟，分別是讀取數(shù)據(jù)，過濾數(shù)據(jù)和渲染數(shù)據(jù)。
讀取數(shù)據(jù)即是從數(shù)據(jù)源文件中獲取數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在ParaView支持的數(shù)據(jù)類型中。
過濾數(shù)據(jù)即是根據(jù)不同需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，常見有以下操作：
1、切片（Slice）
是通過在數(shù)據(jù)集上切割平面，選擇切割平面的位置和方向，并調(diào)整可見的切片厚度來顯示沿著該平面的數(shù)據(jù)分布。如下圖所示，圖中為某平面上速度的數(shù)據(jù)分布。
2、等值面（Isosurface）
是將數(shù)據(jù)集中特定數(shù)值的表面提取出來，以顯示數(shù)據(jù)的連續(xù)性或離散性。根據(jù)需求，設(shè)置不同的等值面數(shù)值。如下圖所示。
3、流線（Streamlines）
是根據(jù)數(shù)據(jù)集中的矢量場信息，繪制流線以顯示流體或氣體的流動(dòng)路徑和速度。可以根據(jù)需要調(diào)整流線的密度和長度。如下圖所示。
4、高級渲染（Advanced Rendering）
即是提供各種高級的渲染技術(shù)，如體繪制、體積渲染、陰影、反射等，以增強(qiáng)可視化效果和表達(dá)能力。
02 如何在神工坊平臺(tái)上使用ParaView進(jìn)行并行渲染？
展開 【轉(zhuǎn)】并行設(shè)計(jì)的技術(shù)特征
標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，如數(shù)據(jù)交換文件（ Data Exchange File－－DXF）、交互式圖形交換標(biāo)準(zhǔn)（Interface Graphic Exchange Standard－－IGES）、產(chǎn)品建模數(shù)據(jù)的交換標(biāo)準(zhǔn)（Standard for Exchange of Product Modle Data－－STEP)等，以及大容量高速度的數(shù)據(jù)交換通道，如局域網(wǎng)（Local Area Network－－LAN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（Integrate Specialized Data Network－－ISDN)、寬帶ISDN等，是構(gòu)造開放式界面的關(guān)鍵技術(shù)。
【轉(zhuǎn)】并行設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益
施樂（XROX）公司采用并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使顧客對產(chǎn)品的滿意率提高了40%。
通用發(fā)動(dòng)機(jī)廠采用并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使廢品率減少了60%。
Northrop公司采用并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使設(shè)計(jì)的修改量減少了75%。
通用汽車公司采用并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使剎車系統(tǒng)的類型減少了80%，每臺(tái)車可節(jié)省100美元，僅此一項(xiàng)就創(chuàng)年經(jīng)濟(jì)效益5億美元。
在我國，并行設(shè)計(jì)技術(shù)不僅一直是高等院校、科研院所開展現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)研究的重要方向，而且已在不少企業(yè)投入實(shí)際應(yīng)用。例如，合肥鍛壓機(jī)床總廠正在開發(fā)的液壓機(jī)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)（見圖4）就全面采用了并行設(shè)計(jì)技術(shù)。研究并推廣應(yīng)用并行設(shè)計(jì)技術(shù)是迅速提高我國企業(yè)設(shè)計(jì)能力和設(shè)計(jì)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
圖4 液壓機(jī)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)
展開 【轉(zhuǎn)】并行設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)
并行設(shè)計(jì)是一種系統(tǒng)化、集成化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)作為主要技術(shù)手段，除了通常意義下的CAD、CAPP、CAM、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Product Data Management System——PDMS）等單元技術(shù)的應(yīng)用外，還要著重解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)問題。
1．產(chǎn)品并行開發(fā)過程建模及優(yōu)化
并行設(shè)計(jì)的思想是在研究產(chǎn)品開發(fā)過程的基礎(chǔ)上形成的，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，首先要建立起產(chǎn)品并行開發(fā)的信息模型。
對產(chǎn)品開發(fā)過程信息模型的研究始于60年代末70年代初，當(dāng)時(shí)的術(shù)語結(jié)構(gòu)分析，用一套符號(hào)及一些規(guī)約方法表示出產(chǎn)品開發(fā)中的信息流動(dòng)，提出數(shù)據(jù)流動(dòng)圖（Data Flow Diagram——DFD）建模技術(shù)。美國軟件技術(shù)公司通過類似的研究，提出了結(jié)構(gòu)功能分析方法，把出人員、機(jī)械、方法、材料、產(chǎn)品等組成的系統(tǒng)用圖形、文字加以表示，建立了結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)技術(shù)（Structural Analysis and Design Technology——SADT）系統(tǒng)，1978年被美國空軍選作支持集成計(jì)算機(jī)輔助制造（Integration Computer Aided Manufacturing——ICAM）系統(tǒng)的軟件技術(shù)，以后又在SADT的基礎(chǔ)上將其發(fā)展成為四類集成計(jì)算機(jī)輔助制造定義方法（ICAM Definition Technology——IDEF），分別用于含有計(jì)算機(jī)及軟件工程的系統(tǒng)、信息分析、動(dòng)態(tài)分析和過程建模，在工業(yè)界得到應(yīng)用。
產(chǎn)品開發(fā)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，以什么樣的理論、策略和方法建立產(chǎn)品開發(fā)過程的數(shù)學(xué)模型，一直并行設(shè)計(jì)技術(shù)形容的重要課題。
展開 Moldex3D模流分析之高效多核與并行計(jì)算技術(shù)
三維實(shí)體模流分析技術(shù)可以提供許多傳統(tǒng)2.5D模流分析技術(shù)所不能提供的優(yōu)點(diǎn)，例如與CAD的整合、分析正確性、模型最少簡化…等等。然而，三維模流分析在完全不簡化模型的情況下，無可避免增加了許多計(jì)算上的負(fù)擔(dān)，使得計(jì)算時(shí)間增長。Moldex3D所采用的高效能有限體積法 (HPFVM, High-Performance Finite Volume Method)，雖然已經(jīng)是目前商用CAE軟件中計(jì)算效能高的一種，但是當(dāng)面臨大型模具，以及客戶快速分析的期望時(shí)，仍有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。
Moldex3D 在業(yè)界率先支持并行計(jì)算，以求大量增進(jìn)分析計(jì)算效能，在更短時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜、內(nèi)含大量網(wǎng)格元素的模型分析數(shù)據(jù)。高效率的平行化計(jì)算核心可進(jìn)行完整的充填、保壓、冷卻、翹曲、玻纖排向、反應(yīng)射出…等計(jì)算。此外，Moldex3D 并行計(jì)算技術(shù)可同時(shí)支持多CPU和叢集式計(jì)算機(jī)計(jì)算。
對于光學(xué)零件，纖維補(bǔ)強(qiáng)汽車零組件、連接器、齒輪..等等，對高精度和高速計(jì)算的需求永遠(yuǎn)不能低估。計(jì)算速度可以被更新更強(qiáng)大的CPU改善。然而，僅僅改進(jìn)CPU的速度在速度和準(zhǔn)確性上并無法滿足工業(yè)用戶。多核心CPU計(jì)算機(jī)組成的使用，便成為可行的解決方案。
效能顯著的案例探討
Moldex3D身為CAE專業(yè)廠商，是市面上能完整支持全并行計(jì)算的模流軟件，包含流動(dòng)、保壓、冷卻、翹曲、纖維、多材質(zhì)射出等分析。運(yùn)用多核心或者多CPU的高計(jì)算能力，計(jì)算時(shí)間能受大幅的縮短，例如以雙核心的計(jì)算機(jī)為例，計(jì)算效率有機(jī)會(huì)提升50%到80%以上。Moldex3D高效多核與并行計(jì)算技術(shù)能降低您的成本并產(chǎn)生極高的效益。
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一文讀懂Fluent并行計(jì)算，三大技術(shù)提升計(jì)算效率新境界！
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ansys工程師們致力于優(yōu)化底層的并行算法，以提升其計(jì)算性能，使用戶體驗(yàn)飛一般的計(jì)算速度。
在Ansys Fluent中，盡管工程師已經(jīng)針對并行算法進(jìn)行了充分優(yōu)化，但在實(shí)際應(yīng)用中，還有其他方法可以進(jìn)一步提高計(jì)算性能。本文闡述了Fluent并行計(jì)算的基本原理，同時(shí)探討通過AVX2指令集加速、GPU加速以及超線程等技術(shù)手段來提高計(jì)算效率。
01 什么是Fluent并行計(jì)算
Fluent的并行求解器通過協(xié)同運(yùn)作多個(gè)進(jìn)程來計(jì)算大型問題，這些進(jìn)程既可以在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，也可以在網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備上運(yùn)行。
并行求解器將計(jì)算域分為多個(gè)區(qū)域（圖1），將各數(shù)據(jù)分區(qū)分配至不同的計(jì)算進(jìn)程（稱為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，圖2），每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都在其專屬數(shù)據(jù)集上同步執(zhí)行同一程序。主進(jìn)程（或稱為主機(jī)）不包含網(wǎng)格單元、面或節(jié)點(diǎn)（除非使用 DPM 共享內(nèi)存模型），其主要職責(zé)是解析 Cortex（負(fù)責(zé)用戶界面和圖形相關(guān)功能的 Fluent 進(jìn)程）發(fā)送的指令，并將這些指令（及數(shù)據(jù)）傳遞給某一計(jì)算進(jìn)程，再由該計(jì)算進(jìn)程將其分發(fā)至其他計(jì)算進(jìn)程。
圖1:計(jì)算區(qū)域分區(qū)
圖2：分區(qū)網(wǎng)格邊界
計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并執(zhí)行部分網(wǎng)格的計(jì)算任務(wù)，而位于分區(qū)邊界的單層重疊單元格層則負(fù)責(zé)跨分區(qū)邊界的通信（圖2）。盡管單元格和面被分割，但網(wǎng)格中的所有域和線程在每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上均存在鏡像（圖3）。線程以鏈接列表的形式存儲(chǔ)，和串行求解器保持一致。計(jì)算節(jié)點(diǎn)可在大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)、多CPU 工作站或具備相同或多工作站組成的網(wǎng)絡(luò) 上實(shí)現(xiàn)。 [1]
圖3：分布式網(wǎng)格中的域和線程鏡像
命令傳輸和通信
在Flunet并行計(jì)算會(huì)話中，進(jìn)程涉及的主體包括 Cortex（主機(jī)進(jìn)程）和一組 n 個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)程，這些計(jì)算節(jié)點(diǎn)由 0 到 n-1 進(jìn)行標(biāo)記（圖4）。
展開 仿真技術(shù)與芯片并行，探討其不同部分的熱傳輸以及散熱效果
現(xiàn)今的芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到億門級集成度，即便經(jīng)驗(yàn)最豐富的設(shè)計(jì)工程師也無法憑手工完成。在芯片設(shè)計(jì)過程中，仿真驗(yàn)證是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，以確保芯片在進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)前能夠符合預(yù)期設(shè)計(jì)性能要求。而其中芯片的熱傳輸和散熱性能是至關(guān)重要的一點(diǎn)。
芯片散熱模擬
大多數(shù)功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)都非常相似。這是一個(gè)熱模型示例，其中包含芯片、引腳、銅片等分立建模元件。
詳細(xì)熱模型（左下）和詳細(xì)芯片結(jié)構(gòu)（右）
芯片的整體厚度為240 μm。這可以分成兩部分：芯片體，可以導(dǎo)熱但不散熱；較薄的芯片結(jié)點(diǎn)，可以導(dǎo)熱，并且當(dāng)器件傳導(dǎo)電流時(shí)幫助芯片散熱。在芯片頂部，有5 μm的鋁層。這種芯片細(xì)節(jié)水平對于分析器件瞬態(tài)散熱非常重要。
由于芯片的非統(tǒng)一特性，工程師們無法立即了解芯片節(jié)點(diǎn)散熱時(shí)器件內(nèi)部的熱量的流動(dòng)情況，或者器件的熱量隨時(shí)間上升的情況。然而通過模擬，可以給這些效果建模分析。
工程師們通過執(zhí)行多個(gè)持續(xù)時(shí)間不同的瞬態(tài)熱仿真，并觀察溫度上升和芯片內(nèi)的熱傳輸。
所有示例的起始溫度都是20 °C，仿真持續(xù)時(shí)間為1 μs、10 μs、100 μs和1 ms。芯片結(jié)點(diǎn)功耗均為1500 W，記錄芯片結(jié)點(diǎn)中心位置的溫度。
1 μs、10 μs、100 μs和1 ms后的溫度分布圖
仿真結(jié)果
1 μs后，溫度增加幅度很低。盡管芯片結(jié)點(diǎn)的功耗可能很高，但設(shè)備內(nèi)的總能耗仍然只有1.5 mW。
100 μs后，大約只有一半芯片厚度仍然保持起始溫度，且溫度相對較低，只有60.5 ℃。
1ms時(shí)，熱量開始向銅片頂部傳輸，且溫度接近器件的最高限值175 ℃。
進(jìn)一步觀察，可以看到1ms之后，總熱量中只有不到1%通過銅片底部散出，甚至比通過器件周圍塑料部件傳輸?shù)臒崃窟€少。
芯片在1ms的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，大部分熱傳輸和溫度變化都會(huì)發(fā)生在器件內(nèi)部，這時(shí)候散熱器對芯片的熱傳導(dǎo)是沒有任何效果的
展開 網(wǎng)格技術(shù)|近壁區(qū)網(wǎng)格處理/Y+網(wǎng)格
導(dǎo)讀：介紹近壁區(qū)網(wǎng)格的處理方式，即Y+網(wǎng)格。
前面文章流動(dòng)邊界層、壁面函數(shù)介紹到由于流體粘性的存在，流體在近壁區(qū)運(yùn)動(dòng)會(huì)存在邊界層（無粘計(jì)算不需要考慮邊界層）。因此在計(jì)算中對邊界層的網(wǎng)格劃分需要特殊處理。
對邊界層的特殊的特殊處理，我們首先需要介紹第一層網(wǎng)格。
第一層網(wǎng)格
邊界層包括粘性底層、過渡層及對數(shù)律層。通常邊界層很薄，一般是毫米、微米級，因此如果直接進(jìn)行網(wǎng)格加密的話，勢必會(huì)大大增加計(jì)算量。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對數(shù)律層處于完全湍流狀態(tài)；而在粘性底層及過渡層中，粘性力起主要作用，此時(shí)速度分布可以通過經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算得到，因此無需劃分網(wǎng)格。
也就是說，可以將計(jì)算區(qū)域的第一層網(wǎng)格放置在對數(shù)律層內(nèi)；而在粘性底層及過渡層中無需計(jì)算網(wǎng)格，這部分物理量的分布可以通過 壁面函數(shù)來計(jì)算完成，或者通過近壁面模型（k-w模型）求解（采用N-S方程離散求解，與湍流區(qū)求解方式一致）。
第一層網(wǎng)格厚度的估算
為了能保證第一層網(wǎng)格可以放置在對數(shù)律層內(nèi)，可以用 y+進(jìn)行估算。
y+其實(shí)就是描述物理壁面的法向距離的無量綱量，為什么要用無量綱量描述呢？因?yàn)橄胗靡粋€(gè)合適尺度參數(shù)來描述邊界層厚度，用m或mm的單位太大了。
對于標(biāo)準(zhǔn)或者非平衡的壁面函數(shù)法，每個(gè)壁面相鄰的單元體中心必須位于對數(shù)律層， y+=30-300；
對于增強(qiáng)型壁面函數(shù)，每個(gè)與壁面相鄰的單元體中心應(yīng)該位于粘性亞層， y+=1。
為了計(jì)算第一層網(wǎng)格厚度，首先應(yīng)該估算第一層網(wǎng)格的厚度，使 y+符合范圍：
其中ut為壁面摩擦速度：
ywall就是估算的單元體大小。
展開 無網(wǎng)格法與無網(wǎng)格CFD技術(shù)
無網(wǎng)格技術(shù)節(jié)省了大量的網(wǎng)格劃分時(shí)間和精力。無網(wǎng)格CFD技術(shù)蓬勃發(fā)展未來前景光明，因?yàn)樗鉀Q了每個(gè)CFD工程師面對的最大困難之一—“分網(wǎng)”問題。
文章來源：CAE仿真之家
