Risultati del campo di fase prodotti utilizzando il modulo del campo di fase MOOSE. Credito:Permann et al.
Negli ultimi decenni, i progressi tecnologici hanno aperto nuove entusiasmanti possibilità per la ricerca in una varietà di campi, compresa la fisica. Ciò nonostante, creare simulazioni sofisticate per rappresentare o affrontare problemi multifisici utilizzando risorse di calcolo può essere ancora molto impegnativo.
I problemi multifisici legano insieme argomenti di diversi sottocampi della fisica, che si basano tipicamente su diversi costrutti teorici e conoscenze. Perciò, la creazione di una simulazione multifisica spesso richiede una varietà di strumenti di simulazione sviluppati da ricercatori esperti in diversi sottocampi della fisica.
La combinazione di questi strumenti può essere impegnativa e richiedere molto tempo. Inoltre, le simulazioni multifisiche risultanti saranno inevitabilmente più soggette a errori, poiché dovranno incorporare elementi creati utilizzando piattaforme completamente diverse.
Consapevole di queste sfide, i ricercatori dell'Idaho National Laboratory e dell'Università del Texas ad Austin hanno sviluppato una nuova piattaforma progettata per facilitare la produzione di simulazioni multifisiche, chiamato ambiente di simulazione multifisica orientato agli oggetti (MOOSE). ALCE, presentato in un articolo pre-pubblicato su arXiv, fornisce un'infrastruttura plug-in che semplifica notevolmente le definizioni o i costrutti fisici, proprietà del materiale e post-elaborazione.
Simulazione della crescita dei cristalli dendritici creata utilizzando MOOSE. Credito:Xia et al.
"MOOSE è nato perché volevamo applicare la nostra esperienza nell'architettura software per creare un potente, ma facile da usare per ricercatori e scienziati computazionali, "Cody J. Permann, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Abbiamo sentito che c'era l'opportunità di fare il passo logico successivo, basandosi sul lavoro di molti altri ricercatori di tutto rispetto responsabili dello sviluppo di potenti risolutori paralleli (PETSc) e di una libreria di elementi finiti flessibile (libMesh)."
MOOSE è un'architettura collegabile di alto livello che consente a ingegneri e scienziati di sfruttare la potenza di grandi supercomputer quando si tenta di risolvere complessi problemi del mondo reale, anche se hanno poca o nessuna conoscenza delle tecniche di programmazione parallela. Dalla sua uscita nel 2014, è costantemente cresciuto in popolarità, ed è ora utilizzato da diversi team di ricerca in tutto il mondo.
"Mentre ci sono altri pacchetti open source che hanno obiettivi simili, MOOSE contiene diverse funzionalità uniche che lo rendono un framework attraente per risolvere molti tipi di problemi, " ha spiegato Permann. "MOOSE consente agli sviluppatori di fornire loro una vera applicazione C++ che possono personalizzare per le esigenze individuali".
Tra l'altro, la piattaforma unica sviluppata da Permann e dai suoi colleghi consente ai ricercatori di creare simulazioni accoppiate collegando insieme più applicazioni fisiche. Contiene anche un set di moduli di fisica costruiti e gestiti dalla comunità che possono essere utilizzati come elementi costitutivi per produrre simulazioni multifisiche altamente complesse.
Simulazione di scomposizione spinodale 3D creata utilizzando MOOSE. Credito:Gaston et al.
"MOOSE è stato sfruttato per creare una vasta gamma di simulazioni che vanno dalle simulazioni microscopiche di combustibile all'interno di un reattore nucleare alle simulazioni ambientali su larga scala che studiano gli impatti delle operazioni minerarie, " ha detto Permann.
MOOSE è già stato utilizzato da gruppi di ricerca che conducono studi su una varietà di argomenti, compresa la fisica nucleare, scienza geotermica, eventi sismici, flusso dei fluidi e processi produttivi. La piattaforma può essere scalata per produrre simulazioni ad alta fedeltà su grandi supercomputer, ma può anche essere semplicemente utilizzato da studenti laureati per creare simulazioni di qualità che riassumono i risultati dello studio sui loro laptop. Poiché MOOSE è gratuito ed è possibile accedervi su una varietà di computer, in definitiva consente ai ricercatori con diversi livelli di competenza e presso diverse istituzioni di produrre risultati di qualità da pubblicazione in meno tempo e con budget ridotti.
"Abbiamo in programma diversi miglioramenti per migliorare l'efficienza parallela e ridurre l'utilizzo della memoria. Stiamo sviluppando diversi nuovi moduli di fisica, insieme a miglioramenti ai moduli esistenti, " Permann ha detto. "MOOSE è ampiamente utilizzato dai ricercatori di diverse università, e incoraggiamo i ricercatori a contribuire con capacità generali al framework in modo che l'intera comunità di modellazione e simulazione ne tragga beneficio".
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