Method of efficiency improvement of software used for solidification process simulations

• Autorzy: Michalski G. , Mikoda J. , Sczygiol N.

Warianty tytułu

PL

Metoda poprawy wydajności aplikacji wykorzystywanych do symulacji procesów krzepnięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a new method that can be used to improve the efficiency of applications used for simulations of solidification processes. The new approach concentrate on conductivity matrix building process. This operation requires information contained in finite element mesh description. Elements of this matrix depend also on temperature, which is computed in every time-steps. This situation requires multiple repeated building of the conductivity matrix (for each time-step). The new method described in this paper allows to divide the process of matrix building into two parts. The first one is built on the basis of finite element mesh description. It is independent of nodal temperature values determined in successive time-steps and can be performed only once, before first time-step. The second part of the matrix building process is performed on the basis of nodal temperature values, but does not require information about finite element mesh. Such separation of two steps of the conductivity matrix building process allows efficient implementation of simulation software for modern multi- and many-core architectures. This approach can be used to minimize the amount of data that must be transferred to memory of multi-core processors. Conducted research shows that such approach can also reduce time required for computation using sequential implementation for CPU and has no significant effect on the simulation results.

PL

W artykule zaprezentowano nową metodę poprawy wydajności aplikacji wykorzystywanych do symulacji procesu krzepnięcia. Proponowane podejście dotyczy budowy macierzy. Operacja ta wymaga informacji zawartej w siatce elementów skończonych. Proponowana metoda pozwala na rozdzielenie procesu budowy macierzy na dwie części. Pierwsza z nich jest wykonywana na podstawie opisu siatki elementów skończonych. Etap ten jest niezależny od wartości temperatury w węzłach siatki i może być wykonany jednokrotnie przed pierwszym krokiem czasowym. Drugi etap budowy macierzy jest wykonywany na podstawie wartości temperatury w węzłach, ale nie wymaga informacji o siatce elementów skończonych. Takie rozdzielenie dwóch kroków budowy macierzy przewodności pozwala na efektywną implementację aplikacji realizujących symulacje na nowoczesnych architekturach wielordzeniowych. Takie podejście może być również wykorzystane do minimalizacji ilości danych, które muszą być przesłane do pamięci układu wieloprocesorowego. Przeprowadzone badania pokazały, że takie podejście skraca czas potrzebny na obliczenia podczas sekwencyjnej implementacji dla CPU, a nie ma znaczącego wpływu na wyniki symulacji.

Słowa kluczowe

EN

solidification process; application of information technology; foundry industry; finite element method; computation; many core processor; multicore processor

PL

proces krzepnięcia; technologia informacyjna; przemysł odlewniczy; metoda elementów skończonych; procesor wielordzeniowy

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, iss. 2
• Strony: 89--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Michalski G.

autor

Mikoda J.

autor

Sczygiol N.

• Institute of Computer and Information Sciences, Częstochowa University of Technology, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1] N. Sczygiol, Approaches do Enthalpy Approximation in Numerical Simulation of Two-component Alloy Solidification", Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, vol 7 (2000), 717-734.
• [2] B. Mochnacki, E. Majchrzak, Numerical modeling of casting solidification using generalized finite difference method, Materials Science Forum, Vols. 638-642 (2010), 2676-2681.
• [3] Majchrzak E., Drozdek J., Kałuża G., Poteralska J. Application of the dual reciprocity boundary element method for numerical modelling of solidification process Archives of Foundry Engineering, Vol. 8, Issue 4, 2008, 99-104.
• [4] R. Wyrzykowski, PC-clusters and multicore architectures, EXIT, Warszawa 2009, ISBN: 978-83-7517-206-5.
• [5] Stock, Florian, Koch, Andreas, A Fast GPU Implementation for Solving Sparse Ill-Posed Linear Equation Systems, Parallel Processing and Applied Mathematics, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6067.
• [6] G. Michalski, M. Woźniak, The efficiency analysis of chosen methods of parallel implementation of matrix multiplication algorithms for GPU, Informatyka Teoretyczna i Stosowana, Vol. 13 (2008), 93-101.
• [7] P. Pospíchal, J. Schwarz, J. Jaroš, Parallel Genetic Algorithm Solving 0/1 Knapsack Problem Running on the GPU, 16th International Conference on Soft Computing MENDEL 2010, (2010), 64-70.
• [8] S. Che, M. Boyera, D. Tarjana, J.W. Sheaffera, K. Skadron, A performance study of general-purpose applications on graphics processors using CUDA, Journal of Parallel and Distributed Computing, Vol. 68 (2008), 1370-138.