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Caja de herramientas · PETSc, MPI, rendimiento e I/O

Nivel: transversal · Tiempo: 4 h · Prerrequisitos: lección 2; completar después de una ruta física.

Cómo usar esta página

Consulta sus secciones cuando una lección mencione prefijos, nullspaces, reducciones o salida. Complétala de principio a fin después de una ruta física, cuando ya tengas dos formulaciones que comparar. PETSc y MPI no son un apéndice: aparecen desde el primer solve, pero su ajuste avanzado necesita contexto.

Objetivos

Escogerás KSP/PC/SNES iniciales, descubrirás prefijos, interpretarás vectores distribuidos, compararás serial/MPI y producirás salidas/reporte reproducibles.

Modelo y unidades

El laboratorio reproduce Poisson y Stokes con uno/dos rangos. Las unidades son las de cada problema; la comparación usa métricas físicas, no orden de DOF.

Forma fuerte y débil

No se introduce una PDE nueva. Se conserva exactamente la formulación de los lecciones anteriores y se cambia únicamente representación algebraica, precondicionador, partición y salida.

Mapa concepto → software

Concepto Objeto
lineal SPD KSP CG + PC GAMG
saddle point simétrico MINRES + fieldsplit
no simétrico GMRES + precondicionador adecuado
no lineal SNES + Jacobiano/line search
datos locales/fantasma Function.x, index_map
salida paralela XDMF/VTX

Laboratorio e inspección

python examples/01_poisson_manufactured.py --quick --output results/serial
mpirun -n 2 python examples/01_poisson_manufactured.py --quick --output results/mpi2
python examples/10_stokes_channel.py --quick --output results/serial
mpirun -n 2 python examples/10_stokes_channel.py --quick --output results/mpi2

Compara error, tasa, caudal y divergencia dentro de tolerancia; no compares el contenido de x.array ni XDMF bit a bit.

Solver

petsc_options_prefix es obligatorio en DOLFINx 0.11. Descubre el prefijo real con problem.solver.getOptionsPrefix() y añade opciones de línea de comandos sin contaminar otros problemas. Toda razón <=0 es fallo.

Verificación cuantitativa

Las diferencias serial/MPI deben quedar por debajo de las tolerancias de cada ficha. Registra celdas globales, rangos, tiempo y razón/iteraciones; una aceleración con física distinta no cuenta.

I/O y visualización

XDMF sirve para mallas/campos compatibles y VTX para series de alta orden. PyVista es exploración; ParaView, posproceso externo. Artefactos grandes no se versionan y los workflows conservan JSON/logs temporalmente.

Errores frecuentes

  • Usar suma local como energía global.
  • Cronometrar compilación JIT como si fuera solo solve sin declararlo.
  • No sincronizar campos antes de I/O.
  • Ejecutar varios casos con el mismo prefijo PETSc.
  • Optimizar antes de establecer un baseline verificable.

Ejercicios graduados

  1. Descubre prefijos y activa monitor solo para un bloque.
  2. Compara 1/2 rangos con tabla de tiempo y métricas.
  3. Cambia LU por iterativo y justifica tolerancia/precondicionador.

Solución o guía

Una tabla mínima contiene plataforma, versión, MPI, celdas, DOF, tiempo JIT, tiempo solve, iteraciones y métrica física. Repite para amortiguar ruido.

Fuentes, licencia y versión

API FEM/PETSc 0.11 y demos de comunicación/I/O. Código MIT, contenido CC BY 4.0.

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