中仿RS3新求解器选项如何实现显著的计算提速

最新的中仿Rocscience RS3 更新在仿真性能上实现了重大突破，即使在消费级硬件上，计算速度也可提升至 18 倍。借助此次升级，Rocscience 让高分辨率、大规模岩土建模比以往任何时候都更易获取。

在岩土有限元分析（FEA）中，求解方程组 A·x = b 往往是最耗费计算资源的部分。对于大型三维模型，这一过程可能占总运行时间的 90% 以上。Rocscience 的 RS3 团队认识到这一瓶颈，采用了新一代矩阵求解器，在 CPU 和 GPU 平台上都能显著加速性能，且在常见、低成本的硬件上同样有明显提升。

为什么要改变？

此前 RS3 依赖直接求解器或带 ILU/IC 预条件的迭代方法。这些方法在小规模问题上较为稳定，但在现代硬件上难以扩展，尤其是处理大型、多材料模型时。无论在本地还是云端环境，性能剖析结果始终显示：矩阵求解器是计算的主要瓶颈。

新功能是什么？

新版 RS3 矩阵求解器框架引入了灵活的、面向硬件的求解器选择策略：

• FGMRES + 平滑 AMG（CPU） —— 使用 OpenMP 并行化，多核效率更高

• FGMRES + AMG（GPU） —— 针对 CUDA 加速优化

• GPU 直接求解器 —— 适用于 NVIDIA GPU，最适合中小规模模型

基准测试亮点

性能测试在两种硬件平台上进行：

• HPC： AMD Ryzen 9 5950X（16 核）+ RTX 3090（24 GB）

• 服务器： 双 Xeon Gold 5520 + NVIDIA A30（24 GB）

测试选取了七个岩土模型，采用高阶 10 节点单元，覆盖承载力、渗流分析（图 1）、边坡稳定、SSR、隧道等不同应用。各模型单元数量见下表：

图 1： 用于求解器性能评估的案例 1–4 代表性几何体

（注：由于模型均为非线性，不同模型达到收敛所需的迭代次数不同，因此求解器调用次数也有所差异。）

计算时间对比

在 HPC 与服务器平台上，比较不同求解器运行各模型的总耗时。

图 2： 七个岩土模型在 HPC 上的求解器总分析时间对比。

图 3： 不同求解器（RS3 v4.037、CPU AMG、GPU AMG）在服务器上的计算运行时间对比

部分案例的计算总时间见下表（单位：秒）：

（注：案例 6 和 7 因规模较小未在服务器上运行；GPU 直接求解器仅在 HPC 上对这两个小模型使用，大模型受 GPU 显存限制无法运行。）

求解器加速比（相对于 RS3 v4.037）

图 4： RS3 新求解器（CPU AMG、GPU AMG、GPU Direct）在 HPC 平台（Ryzen 9 + RTX 3090）上的加速比对比

图 5： RS3 CPU AMG 与 GPU AMG 在双 Xeon 服务器上的性能提升（五个岩土模型）

结论

RS3 新矩阵求解器框架大幅提升了岩土仿真效率：

• 小模型使用 GPU Direct，速度提升最高可达 3 倍

• 大规模分析使用 CPU AMG，速度提升最高可达 12 倍

• 超过 200 万单元的仿真使用 GPU AMG，速度提升最高可达 18 倍

更重要的是：这一切在消费级硬件即可实现。例如，AMD Ryzen CPU 搭配 NVIDIA RTX 3090 GPU，总价不足 2000 美元，却能提供企业级计算性能。这真正实现了高级仿真的普惠化，使各类工程团队都能在无需依赖昂贵服务器或云平台的情况下，运行高分辨率、大规模模型。

联系我们

中仿智能科技（上海）股份有限公司

公司电话：021-80399555

地址：上海市松江区九新公路1005号临港松江科技城中仿大厦(201615)

电子邮箱：info@cntech.com

客服热线：400-888-5100

技术交流（QQ群）：534132040（GeoStudio），346550371（Rocscience），870585197（Leapfrog）

购买咨询（微信）：请用微信，扫一扫