CNSPACK
袖珍非对称解算器包
专为具有高阶不完全分解预处理的大型稀疏线性代数系统提供迭代解决方案的软件。
对物理现象的计算机模拟
对物理现象的科学和工程计算机模拟被应用于以下领域:
- 空气动力学、流体流动、冲击波、导弹、爆炸
- 半导体器件、电子电路
- 太阳能电池、纳电子学、光电子学
- 电磁学、射频腔、波导
- 半导体器件中的辐射效应
- 等等。
基于偏微分方程(PDE)的解,例如:麦克斯韦方程组、纳维-斯托克斯方程、薛定谔方程、玻尔兹曼方程等。
此类方程的近似解是通过有限元法、有限体积法、有限差分法求得的。这些方法在每一刻将偏微分方程(PDE)转化为一个大型稀疏线性方程组。其中,固定时间内不同空间位置上的压力、密度、温度、电场、电子浓度等物理值均为未知量。
为了模拟随时间变化的现象,人们需要对这些大型稀疏线性方程组进行多次求解(通常需要上百万次)。因此,线性系统解算器对于此类软件而言至关重要。
CNSPACK 与最佳工业线性解算器的性能比较:
CNSPACK 能够以十倍甚至百倍的速度来解决典型工业问题,但所需计算机内存仅为十分之一。出版物中的具体示例如下:
(a)当被用于商用3D设备模拟器TCAD(技术计算机辅助设计)时,CNSPACK 所需计算机内存仅为十分之一,而处理类似问题时,其所耗费的CPU时间也较同类产品减少数倍。
(b)通过一所大学的使用数据可知,该大学将 TCAD与CNSPACK结合使用,并与另一款著名TCAD软件进行对比,在模拟由电离粒子引起的半导体器件辐射效应时:其它软件模拟时间约为一个月,而CNSPACK所需时间仅为一天。
(a) 比较标量CNSPACK与其它解算器(下方粉色曲线)在耦合三维CFD问题方面的性能。 直接预处理迭代法的理论渐近,将N(上方浅蓝色线)与N^(5/4)(蓝色虚线)绘制出来进行比较。
(b) 纳米TCAD模拟装置的3D设备建模性能:内存【带菱形的实心曲线(MB)】及CPU时间【带圆形的实心曲线(S/N迭代)】与网格节点数进行对比。可以看到,内存和CPU时间的相关性几乎是线性的,并且接近对CPU时间的理论估计,即T = 0(N^(5/4)(虚线曲线)