基于ExaHyPE超bolic PDE求解器引擎的ExaGRyPE：数值广义相对论求解器
广义相对论与量子宇宙学
2024-11-28 v3 高能天体物理现象
摘要
ExaGRyPE 描述了一个用于数值相对论的求解器套件，基于ExaHyPE 2，即我们Exascale Hyperbolic PDE Engine的第二代产品。所呈现的ExaGRyPE版本在3+1分层下求解CCZ4公式化的Einstein方程，聚焦于黑洞时空。它采用分块结构的笛卡尔网格，搭载高阶有限差分方案并支持自适应网格细化，实现了大规模并行性，结合消息传递、域分解和任务并行性，并支持将粒子注入网格作为数据探针或轨迹器。我们介绍了ExaGRyPE在ExaHyPE 2中的特定构建模块，讨论其软件架构和compute-n-feel：为了此，我们将创建ExaGRyPE的任何具体仿真 formalize 为一系列lower操作，其中抽象逻辑任务依次分解为更细的任务，直至获得可映射到C++可执行文件的抽象层次。整体程序逻辑通过特定于域的Python接口完全指定，我们将该逻辑映射到更详细的数值任务，随后将该表示lower到底层ExaHyPE引擎用于并行化应用程序的技术任务，最终技术任务映射到包括实际PDE项求值、初始条件、边界条件等的任务图。我们最终实现了明确的关注点分离，这保护了ExaGRyPE用户免受技术细节的影响，从而简化了新物理模型的开发。我们展示了针对gauge波、静态单黑洞和旋转双黑洞系统的仿真和数据，表明该代码库已成熟且可用。然而，我们也发现了需要社区在未来工作中进一步研究的特定于领域的数值挑战。
引用
@article{arxiv.2406.11626,
title = {ExaGRyPE: Numerical General Relativity Solvers Based upon the Hyperbolic PDEs Solver Engine ExaHyPE},
author = {Han Zhang and Baojiu Li and Tobias Weinzierl and Cristian Barrera-Hinojosa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.11626},
year = {2024}
}