Efficient Parallel 3D Computation of the Compressible Euler Equations with an Invariant-domain Preserving Second-order Finite-element Scheme
Efficient Parallel 3D Computation of the Compressible Euler Equations with an Invariant-domain Preserving Second-order Finite-element Scheme
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具有不变域保留二阶有限元格式的可压缩欧拉方程的高效并行 3D 计算
DOI：
10.1145/3470637
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发表时间：
2021
影响因子：
1.6
通讯作者：
Kronbichler, Martin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maier, Matthias;Kronbichler, Martin
讨论了求解非结构网格上气体动力学可压缩欧拉方程的高性能二阶配位型有限元格式的有效实现。该求解器基于Guermond et al. （SIAM J. Sci.）引入的凸限制技术。计算机学报。40,A3211-A3239, 2018)。因此，它是保持不变域的；即，求解器保持重要的物理不变量，并保证在不使用特别调优参数的情况下保持稳定。这种稳定性是以更复杂的算法结构为代价的，这使得传统的高性能离散化具有挑战性。我们开发了一种算法设计，允许计算内核的SIMD矢量化，确定了良好节点级性能的主要成分，并报告了混合线程/MPI并行化的优秀弱缩放和强缩放。
We discuss the efficient implementation of a high-performance second-order collocation-type finite-element scheme for solving the compressible Euler equations of gas dynamics on unstructured meshes. The solver is based on theconvex-limitingtechnique introduced by Guermond et al. (SIAM J. Sci. Comput. 40, A3211–A3239, 2018). As such, it isinvariant-domain preserving; i.e., the solver maintains important physical invariants and is guaranteed to be stable without the use of ad hoc tuning parameters. This stability comes at the expense of a significantly more involved algorithmic structure that renders conventional high-performance discretizations challenging. We develop an algorithmic design that allows SIMD vectorization of the compute kernel, identify the main ingredients for a good node-level performance, and report excellent weak and strong scaling of a hybrid thread/MPI parallelization.
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