17、HiFlow3：硬件感知的并行有限元软件包介绍

HiFlow3：硬件感知的并行有限元软件包介绍

1. 背景与设计目标

在大规模问题的快速精确模拟结果方面，现代硬件的实现面临着巨大挑战。超级计算机和新兴的并行硬件，如GPU，提供了强大的计算能力，从桌面超级计算的Teraflop/s到前沿高性能计算（HPC）机器的Petaflop/s不等。HiFlow3的设计目标是充分利用从大型HPC系统到独立工作站或协处理器加速机器等异构平台上的可用资源。为实现这一目标，其每个核心模块本身都是并行的，通过MPI层实现不同节点和处理器之间的通信，并且在线性代数层面实现了硬件感知计算概念。

2. 硬件感知计算

硬件感知计算是一种多学科方法，旨在确定应用程序、物理模型、数值方案、并行算法和特定平台实现的最佳组合，以在特定平台上获得最快、最准确的结果。它需要在硬件设计和数学认知产生的不同实现概念之间找到平衡，同时保持最佳的数学质量。所有解决方案都应在可靠、稳健和面向未来的背景下设计，目标是开发适用于广泛问题类和架构的方法和概念，或易于扩展和适应。HiFlow3项目在LA模块的本地多平台LAtoolbox框架内实现了相关概念，通过使用基本例程（如局部矩阵 - 向量）的特定实现和先进的预处理技术，来利用多核CPU、GPU和多GPU等新兴技术的计算能力。

3. 网格模块（Mesh Module）

网格模块为有限元问题中的计算网格提供了一组类。
- 网格表示 ：网格是将一个域划分为一组不重叠的单元，支持2D中的三角形和四边形，以及3D中的四面体和六面体。支持的形状描述封装在一个类层次结构中，代码的其余部分与单元的类型和维度无关。该模块还可以表示低维实体，如边和面，实