前言

    隨著信息科技的進步,今日市面上個人計算機效能已有大幅度的提升。以往許多只能依賴工作站執行的程序,皆可輕而易舉地在個人PC上執行完成。盡管如此,當面對一個龐大的程序時,工程師無不希望能有更快速有效率的執行環境。

    因此,PC Cluster(PC 群組)的概念被提出之后,大型的程序設計紛紛采用這種方式以提高效率。雖然每臺PC個別的計算效率遠低于大型計算機,但是PC 群組的整體效能卻可比擬大型計算機甚至超越大型計算機。平行運算實際上已經發展多年,而近年來也因為PC Cluster成本低,效能漸漸可以超過大型計算機,于是被大量采用。目前平行運算所采用的傳輸標準為MPI,MPI標準不但能夠在許多大型平臺使用,也可用在PC Cluster上,相信在不久的未來,其應用會更加廣泛。

何謂MPI

    大量的平行運算對計算機而言,實際上是個非常復雜及花時間的過程,幸而有了第一個標準化 Message Passing 平行語言-- MPI(Message Passing Interface)的發展,才得以實現。MPI依字面的意思可稱為訊息傳輸接口。從Ohio Supercomputer Center得到的解釋是可攜帶性平行程序,可以使用在Fortran、C等語言撰寫的程序上,并可以用在各種并行計算機間,尤其是分散內存(distributed memory)之環境。

    LS-DYNA早于1993年發展平行運算之核心,并立即采用MPI之傳輸標準。發展至今日,LS-DYNA配合平行運算的各項功能也更臻完善,其準確度及速度已廣為學術界及商業界所認同(注1),本篇文章利用相同的有限元素模型來比較平行處理及單CPU運算結果,藉此文章使讀者對LS-DYNA平行處理運算能力有初步的認識。

平行運算測試方式

利用LS-DYNA模擬B.B.Call掉落的過程,分別在單機單CPU及兩臺單CPU的計算機群組環境下執行,比較二者在執行效率及精度上的差異性。
測試的環境硬件規格如下:
PC群組(兩臺)
主機板:ASUS
內存:512 M
CPU:INTEL Pentium III 450 MHz
操作系統:Windows2000

實例演練

有限元軟件的操作流程大致分為三階段:前處理、核心程序計算求解及后處理階段。

前處理:利用專為LS-DYNA設計的前處理軟件FEMB進行(接口請參考圖3.),目的在建立有限元網格點及設定外力、邊界條件等。

核心程序計算部份:采用LS-DYNA / MPP運算核心進行平行運算并與單機運算之比對。

后處理:利用后處理程序LSPOST來匯整并輸出運算完成后的數值數據,及應力、變形或速度、加速度等物理量的分布趨勢。

以本文B. B. Call model為例(圖2. ),共可區分為九個部份:上蓋、下蓋、PCB板、device、及卡勾、連結元素及螺柱、剛性地板等,其相關結點及元素信息請參考表1。