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Jean-Marc Petit
Tel: 04 76 46 49 01
Email: jean-marc.petit@comsol.fr
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UN TEST COMPARATIF RÉVÈLE QUE FEMLAB RIVALISE AVEC
LES LOGICIELS SCIENTIFIQUES SPÉCIALISÉS
Deux groupes de recherche universitaires ont effectué un test comparatif entre trois logiciels leaders -FEMLAB, ANSYS et Fluent. Leurs résultats montrent que souplesse et convivialité n'impliquent pas le sacrifice des performances.
Grenoble (10 mai 2004) - Les logiciels de modélisation scientifique sont conventionnellement optimisés pour la résolution de problèmes dans un domaine spécifique. Il est supposé (à tort) que vitesse et précision seraient perdues quand des problèmatiques sont traitées avec un logiciel généraliste offrant souplesse et facilité d'utilisation. Cependant, les développeurs de COMSOL ont atteint les performances de logiciels spécialisés pour la nouvelle mise à jour de leur logiciel multiphysique, FEMLAB 3.0a. Des tests comparatifs indépendants sur des modèles de référence confirment que FEMLAB 3.0a a aboli l'écart de performance qui séparait auparavant ces deux types de logiciels scientifiques.
UN OUTIL GÉNÉRALISTE AUSSI PRATIQUE QU'UN OUTIL SPÉCIALISÉ
FEMLAB - qui signifie Finite Element Modeling LABoratory - est un ensemble logiciel dédié à la modélisation et la simulation de tout phénomène physique à base d'équations aux dérivées partielles (EDP). Placé au coeur du logiciel, la résolution des EDP procure à FEMLAB son caractère généraliste et multiphysique. "Nous n'avons vu aucune raison pour lesquelles être généraliste et convivial devait signifier moins de performance comparé à des logiciels dédiés à un type de physique donné," explique Svante Littmarck, président de COMSOL Inc. "Après tout, modéliser un problème en mécanique des structures, en hydrodynamique, en électromagnétisme ou en acoustique, c'est résoudre une EDP."
FEMLAB utilise les solveurs numériques les plus récents, développés tout d'abord au sein de la recherche académique, spécialisée dans la résolution des EDP. La plupart des logiciels spécialisés sont basés sur les mêmes solveurs. "Parce que ces programmes partagent les mêmes noyaux d'algorithmes," continue Littmarck, "nous croyons que notre logiciel généraliste est à même d'atteindre les performances de vitesse, de précision et de gestion de la mémoire de ces logiciels spécialisés." Il ajoute, "Nous avons utilisé les résultats de tests comparatifs précédents pour identifier les faiblesses de notre logiciel, que nous avons corrigé dans sa version la plus récente, FEMLAB 3.0a."
FEMLAB utilise les solveurs numériques les plus récents, développés tout d'abord au sein de la recherche académique, spécialisée dans la résolution des EDP. La plupart des logiciels spécialisés sont basés sur les mêmes solveurs. "Parce que ces programmes partagent les mêmes noyaux d'algorithmes," continue Littmarck, "nous croyons que notre logiciel généraliste est à même d'atteindre les performances de vitesse, de précision et de gestion de la mémoire de ces logiciels spécialisés." Il ajoute, "Nous avons utilisé les résultats de tests comparatifs précédents pour identifier les faiblesses de notre logiciel, que nous avons corrigé dans sa version la plus récente, FEMLAB 3.0a."
TESTS COMPARATIFS ET RÉSULTATS
Un test comparatif est idéalement effectué par des chercheurs indépendants, avec des méthodes d'analyse numérique distinctes, pour aboutir à un résultat non-biaisé. FEMLAB 3.0a a été évalué par deux groupes de recherche indépendants - The Parallel and Scientific Computing Institute au Royal Institute of Technology (Stockholm, Suède) et le Centre for Mathematical Sciences au Lund Institute of Technology (Lund, Suède). Leurs rapports détaillent les comparaisons entre FEMLAB 3.0a et des logiciels concurrents spécialisés, ANSYS et Fluent.
Les rapports académiques complets sont disponibles sur Internet :
Les rapporteurs se sont focalisés sur des problèmes de référence très bien connus et documentés. Les capacités en mécanique des structure ont été évaluées à partir de problèmes recensés dans les publications de NAFEM (National Agency for Finite Element Methods and Standards) et dans le manuel d'ANSYS. Les performances en mécanique des fluides ont été testées sur des modèles classiques de la littérature scientifique. Les rapports comparatifs définissent les problèmes, expliquent les procédures suivies et fournissent les données avec suffisamment de détails pour qu'un lecteur puisse reproduire et vérifier les résultats des tests comparatifs.
Les rapports académiques complets sont disponibles sur Internet :
- Benchmark of FEMLAB, Fluent and ANSYS
par Olivier Verdier, Lund Institute of Technology, Centre for Mathematical Sciences and Numerical Analysis http://www.maths.lth.se/na/staff/olivier/BenchmarkReport2.pdf - Benchmarking FEMLAB 3.0a: Laminar Flows in 2D
par Michael Hanke, Royal Institute of Technology (Stockholm), Department of Numerical Analysis and Computer Science, Parallel and Scientific Computing Institute. http://www.psci.kth.se/Activities/Reports/Results/2004/benchm.pdf
Les rapporteurs se sont focalisés sur des problèmes de référence très bien connus et documentés. Les capacités en mécanique des structure ont été évaluées à partir de problèmes recensés dans les publications de NAFEM (National Agency for Finite Element Methods and Standards) et dans le manuel d'ANSYS. Les performances en mécanique des fluides ont été testées sur des modèles classiques de la littérature scientifique. Les rapports comparatifs définissent les problèmes, expliquent les procédures suivies et fournissent les données avec suffisamment de détails pour qu'un lecteur puisse reproduire et vérifier les résultats des tests comparatifs.
ABOLIR L'ÉCART
Les tableaux suivants donne une vue globale de résultats sélectionnés parmi les études menées. Les paramètres d'intérêt particulier sont la précision, le temps de calcul, et le maximum de mémoire vive utilisée. La vitesse et la mémoire nécessaire pour atteindre une précision définie pour chaque problème test sont documentées. Les données de précision sont présentées par le logarithme de l'écart relatif à la valeur de référence. - plus la valeur est élévée, meilleur est la précision. Une valeur de 1.0 correspond à 90% de la valeur exacte, une valeur de 2.0 équivaut à 99%, 3.0 à 99.9%, etc. Le nombre de degrés de liberté (DDL) traduit la taille du problème.
Pour ce modèle, la taille et le temps d'exécution sont approximativement équivalents entre FEMLAB et le logiciel spécialisé, mais FEMLAB a besoin de moins de mémoire et aboutit à des résultats plus précis.
Ici les tailles de problème sont quasiment identiques. Comparé à son concurrent, FEMLAB aboutit à la même précision pour la contrainte principale, une précision supérieure pour le déplacement et une utilisation de mémoire nettement moins grande pour des temps de calcul comparables.
Pour cette comparaison, les tailles de problèmes sont à peu près égales. FEMLAB utilise beaucoup plus de mémoire que son compétiteur, ses résultats sont plus précis, et requièrent moins de temps de calcul.
"Nous sommes très fiers d'élever le niveau de performance de notre logiciel multiphysique à celui attendu par les ingénieurs et les chercheurs pour des logiciels spécialisés," déclare Littmarck. "Les tests comparatifs sont d'un grand intérêt pour la communauté des numériciens et des ingénieurs, et en particulier pour COMSOL. Nous avons bien l'intention de poursuivre ce type de comparaison dans le développement de FEMLAB."
MÉCANIQUE DES STRUCTURES:
Membrane elliptique; analyse élastique linéaire de la contrainte dans la direction y.| Logiciel | Nombre de DDL (milliers) | Pic demémoire(MB) | Temps de calcul(secondes) | Contrainte direction y Précision |
|---|---|---|---|---|
| Ansys 7.1 | 74 | 180 | 10 | 2.67 |
| FEMLAB 3.0a | 76 | 135 | 9 | 3.12 |
Pour ce modèle, la taille et le temps d'exécution sont approximativement équivalents entre FEMLAB et le logiciel spécialisé, mais FEMLAB a besoin de moins de mémoire et aboutit à des résultats plus précis.
MÉCANIQUE DES STRUCTURES:
Plaque encastrée; analyse élastique linéaire du déplacement et de la contrainte principale.| Logiciel | Nombre de DDL (milliers) | Pic demémoire(MB) | Temps de calcul(secondes) | Déplacement Précision | Contrainte principale Précision |
|---|---|---|---|---|---|
| Ansys 7.1 | 101 | 547 | 72 | 1.22 | 1.05 |
| FEMLAB 3.0a | 101 | 309 | 85 | 1.38 | 1.07 |
Ici les tailles de problème sont quasiment identiques. Comparé à son concurrent, FEMLAB aboutit à la même précision pour la contrainte principale, une précision supérieure pour le déplacement et une utilisation de mémoire nettement moins grande pour des temps de calcul comparables.
DYNAMIQUE DES FLUIDES:
Ecoulement laminaire autour d'un cylindre en 2D. Le cylindre est légèrement décalé par rapport à l'axe central du canal. Il apparait donc une force de portance, mesurée par un coefficient de portée. La force de trainée du cylindre est mesurée par un coefficient de trainée.| Logiciel | Nombre de DDL (milliers) | Pic de mémoire (MB) | Temps de calcul (secondes) | Coefficient de trainée Précision | Coefficient de portée Précision |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluent 6.1.18 | 109 | 67 | 450 | 1.97 | < 1 |
| FEMLAB 3.0a | 101 | 371 | 108 | 4.75 | 2.13 |
Pour cette comparaison, les tailles de problèmes sont à peu près égales. FEMLAB utilise beaucoup plus de mémoire que son compétiteur, ses résultats sont plus précis, et requièrent moins de temps de calcul.
"Nous sommes très fiers d'élever le niveau de performance de notre logiciel multiphysique à celui attendu par les ingénieurs et les chercheurs pour des logiciels spécialisés," déclare Littmarck. "Les tests comparatifs sont d'un grand intérêt pour la communauté des numériciens et des ingénieurs, et en particulier pour COMSOL. Nous avons bien l'intention de poursuivre ce type de comparaison dans le développement de FEMLAB."
CONFIGURATION
FEMLAB 3.0a fonctionne sous Mac OS X v10.3 Panther, Windows 98/2000/NT4.0/XP, sous Linux, ainsi que sur stations Solaris et HP-UX. Configuration minimale du système: processeur G4 ou Pentium 2, 256 Mo de RAM (512 Mo recommandés) et une carte graphique OpenGL compatible.
PRIX ET DISPONIBILITÉ
Le tarif d'une licence mono-utilisateur perpétuelle de FEMLAB 3.0a est de 7995 euros, ce qui inclut pendant douze mois l'accès au support technique et aux mises à jour automatiques; tarifs spéciaux pour l'éducation et la recherche. Le logiciel est disponible auprès de COMSOL ainsi qu'auprès de ses distributeurs à travers le monde. Tous les détails sur le produit et sa distribution sont sur le site web de la société www.comsol.fr.
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A PROPOS DE FEMLAB
FEMLAB - qui signifie Finite Elements Modeling Laboratory-, est un logiciel avancé pour la modélisation et la simulation de tout processus physique décrit par des équations aux dérivés partielles. La dernière version, FEMLAB 3.0a, offre des solveurs d'un très haut niveau de performance capables de traiter des problèmes de taille très importante avec des temps de résolution optimaux. Travaillant à partir de l'interface graphique conviviale ou à partir d'une fenêtre de ligne de commandes, l'utilisateur choisit de décrire de plusieurs façons ses problèmes en 1D, 2D ou 3D. Un des principaux avantages du logiciel est sa capacité de coupler et de résoudre arbitrairement des équations dans des domaines aussi variés que la mécanique des structures, l'électromagnétisme, la dynamique des fluides et la chimie, tout ceci dans le même modèle et simultanément. Ceci et d'autres caractéristiques font de FEMLAB 3.0a un environnement inégalé de modélisation pour la recherche, la conception et l'éducation.
A PROPOS DE COMSOL
COMSOL a été créée en 1986 à Stockholm en Suède et n'a cessé de grandir pour compter aujourd'hui des bureaux au Danemark, en Finlande, Norvège, Allemagne, France, au Royaume-Uni et deux aux Etats-Unis. Des informations complémentaires sur la société sont disponibles sur le site www.comsol.fr.