HiFlow³ – Software-Modulentwicklung für Finite-Elemente-Simulation

HiFlow³ ist eine numerische Software-Bibliothek, welche leistungsstarke Werkzeuge für die effiziente und akkurate Lösung von partiellen Differentialgleichungen (PDEs) bereitstellt. Unter Ausnutzung der objektorientierten Konzepte von C++ verfolgt das HiFlow³-Projekt einen modularen und generischen Ansatz für den Aufbau effizienter paralleler Löser für numerische Probleme. HiFlow³ bietet:

• C++ Finite-Elemente-Paket
• Open-Source-Lizenz
• Große Auswahl an linearen Lösern
• Werkzeuge für die Quantifizierung von Unsicherheiten (UQ)
• Hardware-gestützte Numerik (MPI, OpenMP, GPU)
• Skalierbarkeit und Hochleistungsrechnen: vom Laptop bis zu Clustern
• Schnittstelle zu verschiedenen externen Bibliotheken (Intel MKL, Hypre, HDF5, Metis, p4est, …)
• Vielfältige Beispielanwendungen aus der Strömungsmechanik, Strukturmechanik und Elektrostatik

HiFlow³ basiert auf einem ganzheitlichen Ansatz, der die Bereiche mathematische Modellierung, numerische Simulation, Optimierung, hardwarenahe Numerik und Hochleistungsrechnen für die Lösung komplexer Probleme umfasst. Dazu zählen etwa die Wechselwirkung tropischer Wirbelstürme, den Blutfluss in der Aorta oder die Ausbreitung von Waldbränden und vieles mehr.

Typische Anwendungen stammen aus der Medizintechnik, Meteorologie und Klimaforschung. Die Gemeinsamkeiten all dieser Probleme sind eine sehr hohe Komplexität der untersuchten Systeme, mathematische Modelle mit starken multiphysikalischen Kopplungen sowie hohe Anforderungen an die Computerressourcen wie Speicher und CPU-Geschwindigkeit. Aufgrund der großen Vielfalt an Modellen, Anforderungen und Zwecke der Problemstellungen müssen in der Regel verschiedene Softwareaspekte in den Simulations- und Optimierungszyklen berücksichtigt werden. HiFlow³ zielt darauf ab, eine effiziente und flexible Plattform zur Bewältigung dieser Herausforderungen anzubieten.

HiFlow³ wird in der Data Mining and Uncertainty Quantification (DMQ) Gruppe am HITS und dem Engineering Mathematics and Computing Lab (EMCL) am IWR der Universität Heidelberg entwickelt. Der Code ist auf GitLab zu finden: https://emcl-gitlab.iwr.uni-heidelberg.de/hiflow3.org/hiflow3/-/wikis/home 

Weitere Quellen:

HiFlow3 – Technical Report on Release 2.0: https://doi.org/10.11588/emclpp.2017.06.42879 

Veröffentlichung: Dielectrophoretic force-driven convection in annular geometry under Earth’s gravity: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.04.068

Veröffentlichung: Uncertainty assessment of the blood damage in a FDA blood pump: https://doi.org/10.7712/120219.6366.18426