Kit de herramientas portátil y extensible para computación científica

El kit de herramientas portátil y extensible para computación científica ( PETSc , pronunciado PET-see; la S es muda) es un conjunto de estructuras de datos y rutinas desarrolladas por el Laboratorio Nacional Argonne para la solución escalable ( paralela ) de aplicaciones científicas modeladas mediante ecuaciones diferenciales parciales . Emplea el estándar Message Passing Interface (MPI) para toda la comunicación de paso de mensajes. PETSc es la biblioteca de software numérico paralelo más utilizada del mundo para ecuaciones diferenciales parciales y cálculos de matrices dispersas . PETSc recibió el premio R&D 100 en 2009. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} El Grupo de Desarrollo Central de PETSc ganó el Premio SIAM/ACM en Ciencia e Ingeniería Computacional de 2015. ^{[ 4 ]}

PETSc está diseñado para su uso en proyectos de aplicaciones a gran escala ; muchos proyectos de ciencia computacional en curso se basan en las bibliotecas de PETSc . Su diseño meticuloso permite a los usuarios avanzados un control detallado del proceso de solución. PETSc incluye un amplio conjunto de solucionadores de ecuaciones lineales y no lineales en paralelo , fáciles de usar en códigos de aplicación escritos en C , C++ , Fortran y ahora Python . PETSc proporciona muchos de los mecanismos necesarios en el código de aplicación paralelo, como rutinas sencillas de ensamblaje de matrices y vectores en paralelo que permiten la superposición de comunicación y computación . Además, PETSc incluye soporte para matrices distribuidas en paralelo, útiles para métodos de diferencias finitas . ^{[ 5 ]}

PETSc consta de diversos componentes, entre los que se incluyen clases principales e infraestructura de soporte. Los usuarios suelen interactuar con objetos de las clases de nivel superior relevantes para su aplicación, objetos esenciales de nivel inferior como vectores, y pueden personalizar o ampliar cualquier otro. Todos los componentes principales de PETSc cuentan con una arquitectura de complementos extensible.

PETSc proporciona numerosas funcionalidades para la computación paralela, divididas en varios módulos:

• Conjuntos de índices, incluidas permutaciones , para indexar en vectores, renumerar, etc.
• Vectores paralelos y matrices (generalmente dispersas ).
• Dispersa (maneja la comunicación de información de puntos fantasma) y reúne (lo opuesto a dispersa).
• Gestión de datos para mallas paralelas estructuradas y no estructuradas.
• Varios formatos de almacenamiento disperso
• Precondicionadores paralelos escalables , incluidos solucionadores directos multigrid y dispersos.
• métodos de subespacio de Krylov
• Solucionadores no lineales paralelos, como el método de Newton y GMRES no lineal.
• Solucionadores de paso de tiempo paralelo ( EDO y EDA )
• Los solucionadores de optimización paralela , como BFGS
• Análisis automático del uso de memoria y de coma flotante .
• Interfaz consistente
• Verificación intensiva de errores
• Compatible con UNIX , Mac OS X y Windows.

• Lista de bibliotecas numéricas
• Lista de bibliotecas matemáticas de código abierto

• Manual de usuario de PETSc , Satish Balay, Shrirang Abhyankar, Mark F. Adams, Jed Brown, Peter Brune, Kris Buschelman, Victor Eijkhout, William D. Gropp, Dinesh Kaushik, Matthew G. Knepley, Lois Curfman McInnes , Karl Rupp, Barry F. Smith y Hong Zhang, ANL-95/11 Revisión 3.5, Laboratorio Nacional Argonne, junio de 2014.
• Gestión eficiente del paralelismo en bibliotecas de software numérico orientadas a objetos , Satish Balay, William D. Gropp, Lois Curfman McInnes, Barry F. Smith, Herramientas de software modernas en computación científica, ed. Bruaset et al., págs.  163–202, 1997.
• Simulación numérica de procesos geodinámicos con el Portable Extensible Toolkit for Scientific Computation , RF Katz, MG Knepley, B. Smith, M. Spiegelman y ET Coon, Physics of The Earth and Planetary Interiors, 163, pp. 52-68, 2007.
• Ed Bueler: "PETSc para ecuaciones diferenciales parciales: soluciones numéricas en C y Python", SIAM, ISBN 978-1-611976-30-4(2020).

• El sitio web oficial de PETSc