CalculiXを並列実行する方法

最近のほとんどのコンピューターはひとつのソケットに複数のコアを持ち、並列的に計算を行うことができます。CalculiX でもそれは可能です。

• 要素剛性行列を並列的に作成します。特別なコンパイルフラグは不要です。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS、または環境変数 CCX_NPROC_STIFFNESS にコア数を設定する必要があります。デフォルトは1です。もし両方が設定されている場合は CCX_NPROC_STIFFNESS が優先されます。最大コア数は sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF) 関数を使用して CalculiX によって自動で検出されます。ユーザーは環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使うことでこれを上書きすることができます。

  古いバージョンの GNU コンパイラー（例えばgcc 4.2.1）では各スレッドで確保できるフィールド・サイズ上の制約によってこの並列化で問題が起きる場合があることに注意してください。現在のバージョンのコンパイラーではこれが問題になることはないでしょう。

• マルチスレッドバージョンの SPOOLES を使用して連立方程式を解きます。このためには
  • MT-バージョンの SPOOLES をコンパイルしなければなりません。これに関する詳しい説明については SPOOLES のドキュメントを調べてください。
  • Makefile で USE_MT フラグを有効にして CalculiX CrunchiX をコンパイルしなければなりません。これについては README.INSTALL ファイルを調べてください。
  • 実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS に使用したいコア数を設定しなければなりません。Linux では n をコア数としてコマンドラインで "export OMP_NUM_THREADS=n" とすることで設定できます。デフォルトでは1です。また環境変数 CCX_NPROC_EQUATION_SOLVER を使用してコア数を設定することも可能です。もし両方が設定されている場合は後者が優先されます。

• マルチスレッドバージョンの PARDISO を使用して連立方程式を解きます。PARDISO はプロプライエタリ・ソフトウェアです。マルチスレッドバージョンをリンクする方法については PARDISO のドキュメントを見てください。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS にコア数を設定しなければなりません。デフォルトは1です。

• 並列的に材料接線行列を作成し、積分点での応力を計算します。特別なコンパイルフラグは不要です。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS、または環境変数 CCX_NPROC_RESULTS にコア数を設定する必要があります。デフォルトは1です。もし両方が設定されている場合は CCX_NPROC_RESULTS が優先されます。最大コア数は sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF) 関数を使用して CalculiX によって自動で検出されます。ユーザーは環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使うことでこれを上書きすることができます。材料ユーザーサブルーチン（セクション8.5、8.6）を使用している場合、並列化を行うためには特定のルールに基いてコンパイルする必要があることに注意してください。このルールには以下が含まれます（このリストは必ずしも完全なものではありません）：
  • セーブ文が無いこと
  • データ文が無いこと
  • 理論変数を避けること
  • ライト文が無いこと

• 熱放射計算のための形態係数を並列的に計算します。特別なコンパイルフラグは不要です。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS、または環境変数 CCX_NPROC_VIEWFACTOR にコア数を設定する必要があります。デフォルトは1です。もし両方が設定されている場合は CCX_NPROC_VIEWFACTOR が優先されます。最大コア数は sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF) 関数を使用して CalculiX によって自動で検出されます。ユーザーは環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使うことでこれを上書きすることができます。

• CFD（数値流体力学）計算での演算のいくつかを並列的に実行します。特別なコンパイルフラグは不要です。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS、または環境変数 CCX_NPROC_CFD にコア数を設定する必要があります。デフォルトは1です。もし両方が設定されている場合は CCX_NPROC_CFD が優先されます。最大コア数は sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF) 関数を使用して CalculiX によって自動で検出されます。ユーザーは環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使うことでこれを上書きすることができます。

• ビオ・サバールの法則を使用して磁力を並列的に計算します。特別なコンパイルフラグは不要です。実行時には環境変数 OMP_NUM_THREADS、または環境変数 CCX_NPROC_BIOTSAVART にコア数を設定する必要があります。デフォルトは1です。もし両方が設定されている場合は CCX_NPROC_BIOTSAVART が優先されます。最大コア数は sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF) 関数を使用して CalculiX によって自動で検出されます。ユーザーは環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使うことでこれを上書きすることができます。

• SLATEC 反復ソルバーや ARPACK で必要となるベクトルや行列の演算のいくつかを並列的に実行します。これを行うためにはユーザーは環境変数 OMP_NUM_THREADS を定義し、Makefile で openmp FORTRAN フラグを使用する必要があります。並列化は OpenMP を使用して FORTRAN ルーチン内で実行されます。対応する行は "C$OMP" で始まります。openmp フラグが使用されていない場合、これらの行はコンパイラーによってコメント行と解釈され並列化は行われません。この並列化は30万自由度の CFD 計算や100万自由度の機械的周波数計算といったような非常に大きな系でしか効果が無いことに注意してください。

例：

• 何らかの理由で sysconf 関数がコンピューターシステムで動作せず、セグメンテーション違反が起きるとしましょう。その場合、環境変数 NUMBER_OF_CPUS を使用して明示的に最大コア数を定義することでこの関数の使用を防ぐことが可能です。
• 熱機械計算を行いたいが、並列化に適していないユーザー定義の材料サブルーチン（8.5、8.6）が使用されているとしましょう。その場合には環境変数 OMP_NUM_THREADS にシステムの最大コア数を設定することで（例えば形態係数計算での）最大限の並列化を行ない、CCX_NPROC_RESULTS に1を設定することで材料接線と応力の計算ステップでは並列化を防ぐことが可能です。