并行可扩展科学计算工具箱petsc简介与应用-petsc简介

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1、并行可扩展科学计算工具箱petsc简介与应用-PETSc简介PETSc简介莫则尧（北京应用物理与计算数学研究所）PETSc的起源与现状PETSc的成功应用典范PETSc的体系结构PETSc的核心组件PETSc程序示例PETSc的具体应用与比较PETSc的优点与缺陷一、PETSc的起源与现状全称：并行可扩展科学计算工具箱ParallelExtensibleToolkitsforScientificComputinghttp://www.mcs.anl.gov/petsc2．起源：美国能源部ODE2000支持的20多个ACTS（AdvanvedComputing

2、Test&Simulationprogram,美国能源部超级计算中心http://www.nersc.com/）工具箱之一，其中包括：能提供算法的工具：Aztec：分布式存储并行机求解大规模稀疏线性代数系统库；Hypre：线性系统求解预条件库；Opt++：串行非线性优化问题数值库；PETSc：并行可扩展科学计算工具箱，提供大量面向对象的并行代数数据结构、解法器和相关辅助部件，适合并行可扩展求解PDE方程（有限差分、有限元、有限体离散的隐式和显示格式）；PVODE：并行常微分方程求解库；ScaLAPACK：SuperLU：代数系统直接求解库；算法开发辅助工具：

3、GlobalArrays：以共享存储并行程序设计风格简化分布存储并行机上程序设计；Overture：网格生成辅助工具；POET：并行面向对象环境与工具箱；POOMA：并行面向对象方法与应用，提供大量适合有限差分和粒子类模拟方法的数据并行程序设计（HPF）的C++类；运行调试与支持工具：CUMULVS，Globus，PAWS，SILOON，TAU，Tulip；软件开发工具：ATLAS&PHiPAC：针对当代计算机体系结构的高性能特征，自动产生优化的数值软件，可与手工调试的BLAS库相比较（？）；Nexus,PADRE,PETE；3．现状时间：1995年—现在；

4、目前版本：PETSc-2.0.28+patch，源代码公开（不包含用户自己加入的核心计算子程序）；核心人员：数学与计算机部，Argonne国家重点实验室，SatishBalay,WilliamGropp,LoisC.McInnes,BarrySmith；参研人员：相关访问学者（几十人次，不同组件实现）；可移植性：CRAYT3D，T3E，Origin2000,IBMSP,HPUX,ASCIRed,BlueMountain,NOWs，LINUX，ALPHA等；目前，已下载上百套；二、PETSc的成功应用典范1．PETSc-FUN3D：参考：W.K.Anderso

5、netc.,AchievinghighsustainedperformanceinanunstructuredmeshCFDapplications,SC’99.(http://www.sc99.org)FUN3D：四面体三维无结构网格离散、求解可压或不可压Euler和Navire-Stokes方程、串行程序、百万量级的非结构网格点，NASALangley研究中心W.K.Anderson开发，适合飞行器、汽车和水下工具的设计优化；核心算法：非线性方程拟时间步逼近定常解、隐格式离散、Newton线性化、Krylov子空间迭代算法、加性Schwarz预条件（每个

6、子区域近似精确求解），具有很好的数值可扩展性（即非线性迭代次数不随处理机个数的增加而显著增加）；移植周期：五个月（初步1996.10—1997.3），包括熟悉FUN3D与网格预处理器、学习ParMetis无结构网格剖分工具并集成到PETSc中、加入和测试PETSc的新功能、优化FUN3D面向向量机的代码段到面向cache的代码段、PETSc移植（非常少的时间，小于20天），并行I/O与后处理阶段还没完成；并行性能：代码行从14400减少为3300行（77%），包含I/O；优化后，串行程序发挥各微处理器峰值性能的78%-26%；（附页1）ONERAM6Wing

7、,2.8百万个网格单元（11百万个未知量），512—3072个ASCIRed节点（双PentiumPro333MHz，每节点一个进程），保持95%以上的并行效率，发挥峰值性能的22.48%；（附页2）其他并行机：CRAYT3E、Origin2000、IBMSP；奖励：SC’99GordonBell最佳应用奖；2．石油：21世纪新一代油藏数值模拟框架；（USATexas大学油藏数值模拟中心）3．空气动力学数值模拟中多模型多区域耦合流场问题：（USA自然科学交叉学科重点项目）；4．天体物理中恒星热核爆炸问题数值模拟；（USAChicago大学）三、PETSc的体

8、系结构PETSc层次四、PETSc的核心组件1．程序