Multi-GPU acceleration of large-scale density-based topology optimization

This work presents a parallel implementation of density-based topology optimization using distributed GPU computing systems. The use of multiple GPU devices allows us accelerating the computing process and increasing the device memory available for GPU computing. This increment of device memory enables us to address large models that commonly do not fit into one GPU device. The most modern scientific computers incorporate these devices to design energy-efficient, low-cost, and high-computing power systems. However, we should adopt the proper techniques to take advantage of the computational resources of such high-performance many-core computing systems. It is well-known that the bottleneck of density-based topology optimization is the solving of the linear elasticity problem using Finite Element Analysis (FEA) during the topology optimization iterations. We solve the linear system of equations obtained from FEA using a distributed conjugate gradient solver preconditioned by a smooth aggregation-based algebraic multigrid (AMG) using GPU computing with multiple devices. The use of aggregation-based AMG reduces memory requirements and improves the efficiency of the interpolation operation. This fact is rewarding for GPU computing. We evaluate the performance and scalability of the distributed GPU system using structured and unstructured meshes. We also test the performance using different 3D finite elements and relaxing operators. Besides, we evaluate the use of numerical approaches to increase the topology optimization performance. Finally, we present a comparison between the many-core computing instance and one efficient multi-core implementation to highlight the advantages of using GPU computing in large-scale density-based topology optimization problems.This work has been supported by the AEI/FEDER and UE under the contract DPI2016-77538-R, and by the “Fundación Séneca – Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia” of Spain under the contract 20911/PI/18

Aplicación de las técnicas de optimización en la enseñanza de las estructuras

En la metodología habitual de la enseñanza de las estructuras, y debido en gran parte a las limitaciones de tiempo que imponen los nuevos planes de estudio, la formación que se le da al alumno hace que, cuando éste se enfrenta a un determinado problema, dedique la mayor parte de su tiempo a analizar exhaustivamente una posible solución al problema, comprobando el cumplimiento de la normativa aplicable al caso, en vez de estudiar diversas alternativas de solución al problema. Creemos que las técnicas de optimización, utilizadas en un entorno de continuo avance en la potencia de los ordenadores y en las capacidades gráficas de los mismos, pueden ser unas herramientas muy eficaces para visualizar una serie de diseños alternativos que resuelven el problema, cumpliendo las condiciones de diseño del mismo (normativa, condiciones constructivas, etc.) de una forma “óptima” (peso mínimo, costo mínimo, rigidez máxima, etc.). Además, el uso de las técnicas de optimización en la enseñanza del diseño de estructuras permite desarrollar lo que se denominan estrategias “what if”, mediante las cuales el alumno puede ir cambiando los criterios de diseño (parámetros, variables, función a optimizar, etc.) y ver los cambios que se producen en el diseño final. Con la aplicación de estas técnicas se amplía la visión del diseño de estructuras que adquiere el alumno cuando se dedica, casi con exclusividad, a comprobar la validez de unas soluciones dadas. Como muestra de la utilidad de estas técnicas para la enseñanza de las estructuras, se presentan ejemplos de estructuras metálicas y de hormigón: el diseño de la geometría y el armado de una sección de hormigón sometida a una solicitación general, el diseño de una viga metálica armada, y el diseño de las propiedades, geometría y topología de una estructura metálica para una carga y unas condiciones de apoyo dadas

Análisis de estructuras : texto guía para prácticas

Este texto guía se ha elaborado como apoyo a la realización de las prácticas de Análisis de Estructuras de las titulaciones de Ingeniería y Arquitectura. El avance de las técnicas informáticas en los últimos años ha provocado un aumento de la capacidad de cálculo de los ordenadores. El desarrollo continuado del hardware y del software permite hoy en día el análisis de estructuras de gran tamaño y/o complejidad, impensable hace unos pocos años. La mayor parte del texto está dedicado a las prácticas relacionadas con los métodos de análisis de estructuras con ordenador. Para las estructuras discretas, se proponen prácticas relacionadas con los métodos clásicos de análisis de estructuras, como paso previo a las prácticas relacionadas con los métodos matriciales (más adecuados para su implementación en programas de ordenador, debido al carácter sistemático de los mismos)

Efficient topology optimization using GPU computing with multilevel granularity

This paper proposes a well-suited strategy for High Performance Computing (HPC) of density-based topology optimization using Graphics Processing Units (GPUs). Such a strategy takes advantage of Massively Parallel Processing (MPP) architectures to overcome the computationally demanding procedures of density-based topology design, both in terms of memory consumption and processing time. This is done exploiting data locality and minimizing both memory consumption and data transfers. The proposed GPU instance makes use of different granularities for the topology optimization pipeline, which are selected to properly balance the workload between the threads exploiting the parallelization potential of massive parallel architectures. The performance of the fine-grained GPU instance of the solving stage is evaluated using two preconditioning techniques. The proposal is also compared with the classical CPU implementation for diverse topology optimization problems, including stiffness maximization, heat sink design and compliant mechanism design.We gratefully acknowledge the support of NVIDIA Corporation with the donation of one of the Tesla K40 GPU used for this research. This work has been supported by the Ministry of Economy and Competitiveness of the Government of Spain under the contract DPI2016-77538-R and by the “Fundación Séneca – Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia” under the contract 19274/PI/14

La vigilancia de la costa entre Ibiza y el litoral alicantino durante el período Bárquida

Presentamos los resultados preliminares de la prospección visual y documentación gráfica de un conjunto de yacimientos de época púnica situados sobre promontorios del litoral de la isla de Ibiza. Su registro material es compatible con torres o pequeñas atalayas de vigilancia. Para una correcta interpretación es necesario concretar el momento histórico de su uso, pero también poner en relación el sistema de vigilancia ibicenco con el de la costa alicantina en la misma época añade otra perspectiva más global.In this paper we present the preliminary results of the visual prospection and graphic documentation of a set of archaeological sites from the Punic era located on promontories of the coast of the island of Ibiza. The material evidence is compatible with surveillance towers or small watchtowers. For a correct interpretation of these sites, it is necessary to specify the historical moment of its use, but also to relate Ibiza’s vigilance system with that of the Alicante coast from the same period, adding a wider perspective