FFC与PyOP2在高性能有限元计算中的应用研究

本文介绍了一种自动化工具链，它能够从高级规范生成适用于多核和通用图形处理单元（GPGPU）平台的高性能有限元求解器。该工具链的核心是FFC（FEniCS Form Compiler）和PyOP2。FFC负责将有限元形式从领域特定语言UFL（Unified Form Language）转换成低级代码，而PyOP2则作为网格基础模拟代码的域特定语言，它作为一个中间抽象层，用于在非结构化网格上并行执行数值计算。 FFC（FEniCS Form Compiler）是一个编译器，它将UFL中定义的有限元方程转换为高效的C++代码。UFL是一种用于描述有限元方程的高级领域特定语言，它允许用户以数学形式表达方程，而不是直接编写底层实现代码。通过FFC，用户可以不必关心低级的编码细节，同时仍能获得高效的计算性能。 PyOP2是一种用于网格基础模拟的领域特定语言（DSL），它提供了一个抽象层，用于在并行计算环境中处理非结构化网格。PyOP2的核心思想是提供一个高层接口，使得开发者能够专注于模拟算法的设计，而不必担心底层的并行实现细节，如线程管理和内存操作。PyOP2通过将数值运算以操作（kernel）的形式封装，然后映射到不同类型的硬件架构，从而实现性能的便携性。 性能便携性的概念指的是编写的代码可以无须重大修改即可在不同的硬件架构上运行，而仍然保持良好的性能。这对于有限元计算而言至关重要，因为这可以使得软件产品更容易适应未来硬件技术的发展，同时降低因硬件更换带来的维护成本。 文中提到的工具链可以自动地根据高级规范合成有限元求解器，这意味着开发者可以专注于模型和方程的定义，而不必关心性能优化的复杂问题。这种自动化的方法有助于提高工作效率，减少人为错误，并允许工程师和科学家快速迭代和测试不同的模型。 文章中的作者来自多个知名学术机构，包括伦敦帝国理工学院计算机系、伦敦帝国理工学院格兰瑟姆气候变化研究所和爱丁堡大学的EPCC。他们将参加在法国里昂举办的会议，进一步交流和讨论相关的研究成果和经验。 此外，文章的标签为HTML，这可能意味着文档是用HTML格式编写的，或者在文档中可能包含了指向网页资源的链接。 最后，提到的“压缩包子文件的文件名称列表”中的“CPC2013-gh-pages”似乎是指存档的压缩文件名称，但具体的文件内容和结构信息并没有给出。这个文件名可能代表了会议的网页资源存档或者与会议相关的资料打包文件，但由于缺乏具体内容，无法进行深入分析。