<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">bsuir</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Доклады БГУИР</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Doklady BGUIR</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1729-7648</issn><issn pub-type="epub">2708-0382</issn><publisher><publisher-name>БГУИР</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.35596/1729-7648-2021-19-14-21</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">bsuir-3071</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Ускорение  гранично-элементных  расчетов  для  замкнутой области с использованием нелинейных функций формы и технологии CUDA</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Acceleration  of  boundary  element  calculations  for closed  domain using nonlinear form functions and CUDA technology</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Щербаков</surname><given-names>С. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Sherbakov</surname><given-names>S. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p> д.ф.-м.н, профессор, заместитель Председателя Государственного комитета по науке и  технологиям, профессор кафедры  теоретической  и  прикладной  механики</p></bio><bio xml:lang="en"><p>D.Sc.,  Professor,  Vice  Chairman, Professor at the Department  of  Theoretical  and  Applied  Mechanics </p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Полещук</surname><given-names>М. М.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Polestchuk</surname><given-names>M. M.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Полещук Михаил Михайлович, аспирант кафедры теоретической и прикладной механики</p><p>220125, г. Минск, ул. Николая Михайлашева, 5, кв. 96</p><p>тел. +375-29-809-05-09 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Polestchuk Mikhail Mikhailovich ,  Postgraduate  student  at  the Department  of  Theoretical  and  Applied  Mechanics </p><p>220125, Minsk, Nikolaya Mikhailasheva str., 5, r. 96</p><p>tel. +375-29-809-05-09</p></bio><email xlink:type="simple">mikhailpaliashchuk@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Государственный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь; Белорусский государственный университет</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>State Committee on Science and Technology of the Republic of Belarus; Belarusian State University</institution></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Белорусский государственный университет</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>Belarusian State University</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>31</day><month>05</month><year>2021</year></pub-date><volume>19</volume><issue>3</issue><fpage>14</fpage><lpage>21</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Щербаков С.С., Полещук М.М., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Щербаков С.С., Полещук М.М.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Sherbakov S.S., Polestchuk M.M.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3071">https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3071</self-uri><abstract><p>Развитие компьютерных технологий, как в аппаратной, так и программной сфере, позволяет быстро  и  точно  получать  решения  прикладных  задач  многих  областей  науки.  Ускорение  расчетов  – широко  применяемая  техника,  которая  реализуется  на  основе  многоядерности  и  многопоточности процессоров.  Технологя  NVidia  CUDA,  или  просто  CUDA,  позволяет наиболее  эффективно  ускорять метод  граничных  элементов,  который  реализуется  путем  множества  независимых  расчетов. Основная цель работы заключается в реализации и ускорении непрямого метода граничных элементов с использованием  трех  функций  формы  для  вычисления  распределения  потенциала  внутри  замкнутого контура  при  действии  потенциала,  распределенного  на  поверхности.  Ускорение  соответствующих вычислений  было  реализовано  на  графическом  акселераторе  с  помощью  технологии  NVidia  CUDA. Получены  зависимости  ускорения  параллельных  вычислений  по  сравнению  с  последовательными в зависимости от количества граничных элементов и расчетных узлов. Показано значительное, до 52 раз, ускорение  расчета  распределения  потенциала  при  сохранении  его  точности.  Достигнуто  ускорение  до 22 раз  при  расчете  матрицы  взаимовлияний  граничных  элементов.  Также исследована сходимость данного  метода.  При  использовании  технологии  CUDA  можно  получить  значительное  ускорение  без потери точности и скорости сходимости. Таким образом, использование CUDA является очень хорошим подходом  к  распараллеливанию  гранично-элементного  метода.  Применение  этой  технологии  для ускорения  вычислений  позволит  эффективно  решать  задачи  различных  областей  физики:  акустики, гидромеханики, электродинамики, механики твердых тел и многих других.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The evolution of computer technologies, as a hardware and a software parts, allows to attain fast and accurate  solutions  to  many  applied  problems  in  scientific  areas.  Acceleration  of  calculations  is  broadly  used technic that is basically implemented by multithreading and multicore processors. NVidia CUDA technology or simply CUDA opens a way to efficient acceleration of boundary elements method (BEM), that includes many independent stages. The main goal of the paper is implementation and acceleration of indirect boundary element method using three form functions. Calculation of the potentialdistribution inside a closed boundary under the action of the defined boundary condition is considered. In order to accelerate corresponding calculations, they were parallelized at the graphic accelerator using NVidia CUDA technology. The dependences of acceleration of parallel  computations  as  compared  with  sequential  ones  were explored  for  different  numbers  of  boundary elements  and  computational  nodes.  A  significant  acceleration  (up  to  52  times)  calculation  of  the  potential distribution  without  loss  in  accuracy  is  shown.  Acceleration  of up  to  22  times  was  achieved  in  calculation of mutual  influence  matrix  for  boundary  elements.  Using  CUDA  technology  allows  to  attain  significant acceleration without loss in accuracy and convergence. So application of CUDA is a good way to parallelizing BEM.  Application  of  developed  approach  allows  to  solve  problems in  different  areas  of  physics  such as acoustics, hydromechanics, electrodynamics, mechanics of solids and many other areas, efficiently.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>метод  граничных  элементов</kwd><kwd>распараллеливание</kwd><kwd>распределение  потенциала</kwd><kwd>Nvidia CUDA</kwd><kwd>ускорение</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>boundary element method</kwd><kwd>parallelization</kwd><kwd>distribution of potential</kwd><kwd>NVidia CUDA</kwd><kwd>acceleration</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Щербаков С.С., Полещук М.М. Ускорение гранично-элементных расчетов с помощью графического акселератора для элементов с нелинейными функциями формы. Механика машин, механизмов и материалов.2019;4(49);89-94.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sherbakov S.S., Polestchuk M.M. [Acceleration of boundary-element computing using graphics accelerator for  the  elements  with  nonlinear  form  functions]. Mechanics of machines, mechanisms and materials. 2019;4(49);89-94. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бенерджи П. Метод граничных элементов в прикладных науках. Москва: Мир; 1984.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Benerdgi P. [Boundary element method in applied sciences]. Moscow: Mir; 1984. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Крауч С.Л. Методы граничных элементов в механике твердого тела. Москва: Мир; 1987.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Crouch S.L. [Boundary elements methods in solid mechanics]. Moscow: Mir; 1987. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Molina-Moya J., Mart´ınez-Castro A.E., Ortiz P. An Iterative Parallel Solver in GPU Applied to Frequency Domain Linear Water Wave Problems by the Boundary Element Method. Frontiers in Built Environment. 26 November 2018. DOI: 10.3389/fbuil.2018.00069.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Molina-Moya J., Mart´ınez-Castro A.E., Ortiz P. An Iterative Parallel Solver in GPU Applied to Frequency Domain Linear Water Wave Problems by the Boundary Element Method. Frontiers in Built Environment. 26 November 2018. DOI: 10.3389/fbuil.2018.00069.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Takahashi T., Hamada T. GPU‐accelerated boundary element method for Helmholtz' equation in three dimensions. International Journal of Numerical Methods in Engineering. 2009;80:1295-1321. DOI: 10.1002/nme.2661.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Takahashi  T.,  Hamada  T.  GPU‐accelerated  boundary  element  method for  Helmholtz'  equation  in  three dimensions. International Journal of Numerical Methods in Engineering. 2009;80:1295-1321. DOI: 10.1002/nme.2661.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rauber T., Rünger G. General Purpose GPU Programming. In: Parallel Programming. Berlin: Springer, Heidelberg; 2013: 387-415. DOI: 10.1007/978-3-642-37801-0_7.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rauber T., Rünger G. General Purpose GPU Programming. In: Parallel Programming. Berlin: Springer, Heidelberg; 2013: 387-415. DOI: 10.1007/978-3-642-37801-0_7.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
