This article presents MuMFiM, an open source application for multiscale modeling of fibrous materials on massively parallel computers. MuMFiM uses two scales to represent fibrous materials such as biological network materials (extracellular matrix, connective tissue, etc.). It is designed to make use of multiple levels of parallelism, including distributed parallelism of the macro and microscales as well as GPU accelerated data-parallelism of the microscale. Scaling results of the GPU accelerated microscale show that solving microscale problems concurrently on the GPU can lead to a 1000x speedup over the solution of a single RVE on the GPU. In addition, we show nearly optimal strong and weak scaling results of MuMFiM on up to 128 nodes of AiMOS (Rensselaer Polytechnic Institute) which is composed of IBM AC922 nodes with 6 Volta V100 GPU and 2 20 core Power 9 CPUs each. We also show how MuMFiM can be used to solve problems of interest to the broader engineering community, in particular providing an example of the facet capsule ligament (FCL) of the human spine undergoing uniaxial extension.


翻译:本文介绍了MuMFiM,一个在大规模并行计算机上进行纤维材料多尺度建模的开源应用。MuMFiM采用双尺度方法来表征生物网络材料(如细胞外基质、结缔组织等)等纤维材料。其设计充分利用了多级并行机制,包括宏观和微观尺度的分布式并行,以及微观尺度的GPU加速数据并行性。GPU加速微观尺度的扩展结果表明,在GPU上并发求解微观尺度问题较之单一代表性体积元(RVE)的GPU求解可带来1000倍的加速。此外,我们展示了MuMFiM在多达128个节点的AiMOS(伦斯勒理工学院)上近乎最优的强扩展与弱扩展结果,该系统由IBM AC922节点构成,每节点配备6块Volta V100 GPU和2块20核Power 9 CPU。我们还演示了如何运用MuMFiM解决更广泛工程界关注的问题,特别是以人体脊柱中承受单轴拉伸的关节囊韧带(FCL)为例展开说明。

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