Software
This compilation gives an overview about software developed by ZISC members. Further information is provided by the links given in the respective sections.
Blaze
 |
The Blaze C++ math library combines BLAS-like, HPC-grade performance with the convenience of a domain-specific language. Using Blaze guarantees maximum performance by enabling more robust, reliable, and maintainable source code. Blaze is based on the smart expression template technology, which combines architecture-specific performance optimization with automatic expression optimization and automatic aliasing detection. |
CFS++
 |
Sensors, actuators, and sensor-actuator systems are often based on the mutual interaction of physical fields, e.g., the mechanical field with the electromagnetic field. The accurate modeling of such transducers leads to so-called multi-field problems, which are described by a system of non-linear partial differential equations. These systems cannot be solved analytically and thus numerical calculation schemes have to be applied. Therewith, we have developed the simulation tool CFS++ (Coupled Field Simulation) based on the Finite Element (FE) method, which is capable of efficiently solving the arising partial differential equations. The program is applicable for simulating capacitive micromachined transducers, piezoelectric transducers, electromagnetic and magnetomechanical sensors and actuators. It also contains models for (aero-)acoustics and ultrasound transducers. The structural optimization within CFS++ allows to perform topology optimization of multiphysics problems (mechanics, piezoelectricity, acoustics), material optimization and shape optimization. There is an demonstrator for interactive structural optimization: http://eamc080.eam.uni-erlangen.de/iTop/ |
FASTEST 3D
 |
Der Lehrstuhl für Strömungsmechanik (LSTM) entwickelt schon seit mehreren Jahren den Strömungslöser FASTEST-3D. Basierend auf der Finite-Volumen-Methode ermöglicht der Strömungslöser die Berechnung von laminaren als auch von turbulenten Strömungen mittels impliziten und expliziten Zeitschrittverfahren. Die Simulation turbulenter Strömung erfolgt durch DNS, LES und RANS Verfahren. Die Vektorisierung und Parallelisierung des Codes gewährleistet die numerische Betrachtung von komplexen Strömungsvorgängen im Bereich großer Reynoldszahlen. In den letzten Jahren wurden die Entwicklungen hinsichtlich multiphysikalischer Anwendungen wie Aeroakustik, Fluid-Struktur-Interaktion und Kristallzüchtung nach dem Czochralski-Verfahren erweitert. |
FE2AT
 |
The Simulation Group at the Institute for General Materials Properties has developed a new method that bridges finite element and classical atomistic simulations. FE2AT is a simple but versatile approach that uses finite element calculations to provide appropriate initial and boundary conditions for atomistic simulations. FE2AT thus allows to forgo the simulation of large parts of the elastic loading process, even in the case of complex sample geometries and loading conditions. FE2AT is open source and can be used in combination with different atomistic simulation codes and methods. |
Femlisp
 |
Die Software Femlisp löst Systeme partieller Differentialgleichungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode und des Mehrgitterverfahrens. Sehr allgemeine Gitter in beliebigen Raumdimensionen werden unterstützt. Die Sprache Common Lisp ermöglicht dabei eine schnelle interaktive Problemlösung unter Beibehaltung der Laufzeiteffizienz. |
FROG-EA
 |
FROG-EA is a framework enabling the distributed execution of initially serial implemented evolutionary algorithms in Globus 4.0 based computational grids with only little effort for the user. It supports the split up of the algorithm in subtasks, the synchronization, scheduling and submit of them to available compute resources of a grid. Likewise it is responsible for the dicovery and monitoring of available resources, transfer of in- and output files and fault handling. Two forms of parallelization are supported: the island model which splits up the population in several subpopulations that are processed in parallel and the distributed evaluation of the individuals. Thus, FROG-EA exploits the large computational power of grids for evolutionary algorithms and requires only minor knowlage of the user about the usage of such grids. |
Hierarchical Hybrid Grids (HHG)
 |
Das Hierarchisch Hybride Gitter (HHG) Software Framework wurde entworfen um diese Lücke zwischen Finite Elemente Flexibilität und geometrischen Mehrgitter Performance mit Hilfe eines Kompromisses zwischen strukturierten und unstrukturierten Gittern zu schliessen. Der Mehrgitterlöser ist darauf optimiert einen geringen Speicherbedarf, eine Hardware-effiziente Ausführung und einen hohen Grad an Parallelität zu gewährleisten. Das derzeit grösste gelöste Gleichungssystem mit HHG hatte über eine Billion Unbekannte. Es wurde in einer Minute gelöst unter der Verwendung 262.144 parallelen Cores eines Supercomputers. |
Karambola
 |
Der Lehrstuhl für Theoretische Physik hat in den letzten Jahren Programme zur Berechnung von Minkowski-Funktionalen entwickelt zur Charakterisierung der geometrischen Form räumlich komplexer Strukturen. Karambola berechnet Minkowski-Tensoren von drei-dimensionalen Formen, die als triangulierte Flächen gegeben sind. Mögliche Anwendungsfelder sind die Beschreibung von Schäumen, granularen Medien und Netzwerken, sowie von selbstorganisierenden Mesophasen. Insbesondere ist durch Karambola eine systematische Charakterisierung der Anisotropie räumlicher Strukturen möglich. |
LibGeoDecomp
 |
Viele computergestützte Simulationen lassen sich als so genannte Stencil Codes formulieren. Die LibGeoDecomp (Library for Geometic Decompsition codes) kann solche Anwendungen auf einer breiten Palette an Parallelrechnern (von Multi-Cores über Grafikkarten bis hin zu Clusterrechnern) effizient ausführen. Anwender werden so von der anspruchsvollen Aufgabe der parallelen Programmierung entbunden und können sich statt dessen auf die Modellierung konzentrieren. Weitere Features der Bibliothek sind dynamischer Lastausgleich, parallele Ausgabe, eine direkte Schnittstelle zur Visualisierung via VisIt sowie Checkpoint/Restart. |
LIKWID
 |
Die im Rahmen des KONWIHR Projektes OMI4PAPPS entstandene Open Source Toolsammlung LIKWID beinhaltet Kommandozeilenwerkzeuge, um mit den komplexen Topologien auf heutigen Multicore Rechenknoten umzugehen und auf einfache Art und Weise die Möglichkeiten des “Hardware Performance Monitoring” für alle Entwickler zugänglich zu machen. Neben der Ausgabe von Topologieinformationen (likwid-topology) ermöglicht likwid-pin ein portables binden von Prozessen oder Threads an Rechenressourcen ohne den Code anpassen zu müssen. likwid-perfctr unterstützt die Nutzung von “Hardware Performance Monitoring” auf allen modernen X86 Multicore Architekturen, welche unter Linux betrieben werden. Mit likwid-mpirun ist ein einfaches Starten von MPI und hybriden MPI/OpenMP Applikationen möglich. |
NAVIER
 |
Ursprünglich entstand Navier als Löser für Strömungssituationen, in denen die Oberflächenspannung die entscheidende Kraft ist. Inzwischen wurde Navier zu einem vollständigen Löser für Mehrphasenströmungen ausgebaut, der unter anderem komplexe Transportphänomene, Verdampfung/Kondensation und weitere Prozesse an fluiden Grenzflächen simulieren kann. Die dabei angewendete ALE (allgemeine Euler-Lagrange) Methode ermöglicht eine extrem genau Auflösung der kapillaren Oberflächenstrukturen, die in den meisten Anwendungen entscheidend ist. Eine weitere Fähigkeit von Navier ist die Behandlung von Partikelströmungen. Dabei werden mit Hilfe der Subspace Projection Method (SPM) sowohl Partikel inklusive Wechselwirkungen als auch das Fluid in einem einzigen gekoppelten System effizient gelöst. Auch große Mengen von Partikeln können so effizient simuliert werden. |
PAPAYA
 |
Der Lehrstuhl für Theoretische Physik hat in den letzten Jahren Programme zur Berechnung von Minkowski-Funktionalen entwickelt zur Charakterisierung der geometrischen Form räumlich komplexer Strukturen. Papaya berechnet Minkowski-Tensoren von planaren Mustern, die als Polygonzüge oder pixelierte Bilder gegeben sind. Mögliche Anwendungsfelder sind die Beschreibung von Musterübergängen in nicht-linearen Systemen, von Domänen in heterogenen Materialien und in zellulären Strukturen. |
Richy1D
 |
Als plattformunabhängiges, modulares Simulationswerkzeug mit GUI für geowissenschaftliche Anwendungen ist Richy1D entwickelt worden. Die abgebildeten Prozesse umfassen u.a. Wasser- und Wärmetransport (auch ungesättigt), mikrobiellen Schadstoffabbau, kolloidalen Transport oder gekoppelte reaktive Mehrkomponentenprobleme, wobei auch eine Parameteridentifikation durch inverse Modellierung möglich ist. Es werden masseerhaltende FEM verwendet, spezielle, implizite Lösungsalgorithmen und Gitteradaption. |
Richy2D/3D
 |
Die in einem internationalen Benchmark ausgezeichnete Software löst gekoppelte, reaktive Mehrkomponenten-Transportprobleme mit effizienzsteigernden, mathematischen Verfahren voll implizit und damit hochgenau. Die Systeme nichtlinear gewöhnlicher, partieller Differential- und algebraischer Gleichungen werden algebraischen Transformationen unterzogen und z.T. als Komplementaritätsprobleme behandelt und mit (auch semi-smooth) Newtonverfahren gelöst. Die Software nutzt OpenMPI auf Parallelrechnern. |
The Physics Engine
 |
In Kombination mit dem waLBerla-Framework wurde am Lehrstuhl für Systemsimulation (LSS) ein massiv paralleles Simulations-Framework zur Simulation von starren Körpern entwickelt. Zusammen mit dem waLBerla-Framework ist es dadurch möglich geworden, mehrere Milliarden voll aufgelöster Partikel in einer Strömung zu simulieren und damit einen noch nie dagewesenen Detailgrad zu erreichen. Für die Fähigkeit zur Simulation massiv paralleler granularer Medien-Szenarios wurde die pe mit dem PRACE-Award ausgezeichnet. |
waLBerla
 |
Der Lehrstuhl für Systemsimulation (LSS) hat in den letzten Jahren ein massiv paralleles, enorm flexibles Simulations-Framework zur Simulation von Strömungen basierend auf der Lattice-Boltzmann-Methode entwickelt. Das Framework beherrscht eine breite Auswahl an möglichen Strömungsszenarien, wie z.B. partikuläre Strömungen, Strömungen mit freien Oberflächen, Mixturen, elektro-osmotische Strömungen und Blutfluss. Trotz der großen Anwendungsvielfalt skaliert die Software sogar auf den größten Maschinen mit 294912 Rechenkernen mit einer parallelen Effizienz von über 95%. |