Topology optimization of carbon based flat structures using parallel computing

• Autorzy: Kuś W. , Mrozek A.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja topologii płaskich struktur atomowych węgla z użyciem przetwarzania równoległego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The optimization algorithms based on global techniques like evolutionary algorithms tend to be time consuming due to a very high number of objective function evaluations. The computational effort can be reduced when the parallel approach is used. The paper is devoted to parallel versions of optimization algorithm developed for a multicore computer, manycore coprocessor and a supercomputer. The idea of dividing tasks between available cores is described. The optimization of carbon based flat structures problem is used as a test problem in the paper. The paper is focused mainly on the efficiency and scalability of the proposed algorithms.

PL

W artykule przedstawiono metodę oraz algorytm równoległej optymalizacji mimetycznej w zastosowaniu do optymalizacji płaskich struktur atomowych opartych na węglu. W artykule wykorzystano trzy rodzaje zasobów obliczeniowych, typowy komputer wieloprocesowy z wieloma rdzeniami, superkomputer IBM BlueGene/Q oraz koprocesor Intel PHI. Obliczenia przeprowadzono dla problemu optymalizacji rozkładu atomów węgla przy użyciu funkcji celu związanej z energią struktury. W pracy porównano skalowalność przedstawionego algorytmu optymalizacji dla różnych platform sprzętowych.

Słowa kluczowe

EN

optimization; parallel; memetic algorithm; flat structure

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 16, No. 3
• Strony: 163--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Kuś W.

• Silesian University of Technology, Poland

autor

Mrozek A.

• AGH University of Science and Technology, Poland

Bibliografia

• Brenner, D.W., Shenderova, O.A., Harrison. J.A., Stuart, S.J., Ni B., Sinnott, S.B., 2002, A second generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons. Journal of Physics: Condensed Matter, 14, 783-802.
• Burczyński, T., Kuś, W., Długosz, A., Orantek, P., 2004, Optimization and defect identification using distributed evolutionary algorithms. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 17(4), 337-344.
• Cranford, S.W., Buchler, M.J., 201 I, Mechanical properties of graphyne, carbon, 49, 41 1 1-4121.
• Enyashin, A.N., Ivanovskii, A.L.,2011, Graphene Allotropcs, Physica Status Soliili, 248, 8, 1879-1883.
• Kuś, W., Mrozek, A., Burczyński, T., 2016, Mcmetic Optimization of Graphene-Like Materials on Intel Pill Coprocessor, Artificial Intelligence and Soft Computing, Lecture Notes in Computer Science, 9692, 401 -410.
• Kuś. W., Burczyński, T., 2008, Parallel bioinspired algorithms in optimization of structures. Parallel processing and applied mathematics, PPAM 2007, 7th International conference, Lecture Notes in Computer Science, 4967,1285-1292, Springer.
• Lammps homepage:Available online at: http://Iammps.sandia.gov accessed: 02.09.2016
• Michalewicz, Z., 1996, Genetic algorithms + data structures evolutionary algorithms. Springer-Verlag, Berlin.
• Mrozek, A. Kuś, W., Burczyński, T., 2015a, Hybrid Parallel Evolutionary Algorithm in Optimization of 2d Grapchene-Like Materials, Computer Methods in Materials Science, 15, 103-110.
• Mrozek, A. Kuś, W.. Burczyński, T., 2015b, Nano level optimization of graphene allotropes by means of a hybrid parallel evolutionary algorithms, Computational Materials Science. 106, 161-169.
• Mrozek, A., Burczyński, 'I'., 2013, Examination of mechanical properties of graphene allotropes by means of computer simulation, Computer Assisted Methods in Engineering and Science, 20, 4, 309-323.
• Narita, N., Nagai, S., Suzuki, S., Nakao, K., 2000, Electronic structure of three-dimensional graphyne. Physical Review B, 62, 16, I I 146-1 I 151.
• Peng. Q., Ji W„ DE, S., 2012, Mechanical properties of graphene monolayers: a first-principles study. Physical Chemistry Chemical Physics, 14,38, 13385-13391.
• Scarpa, F., Adhikari, S., Phani, A.S., 2009, Effective elastic mechanical properties of single layer graphene sheets. Nanotechnology, 20.
• Stuart, S.J., Tutein, A.B., Harrison, J.A., 2000, A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular intcractions, The Journal of Chemical Phvsics, 112, 14, 6472-6486.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).