구획공간 화재시뮬레이션에 대한 FDS 모델의 병렬계산 효율

Efficiency in Parallel Computing of FDS Model for Compartment Fire Simulation: Shared Memory System

본 연구는 효과적인 화재시뮬레이션 결과 도출을 위해, FDS 모델의 병렬계산모드와 계산영역 분할방식에 따른 계산효율을 비교하였다. 해석영역의 크기는 12.0 m × 3.8 m × 3.0 m이며 화원은 0.4 m × 0.4 m의 n-Heptane 화재를 고려하였다. 해석영역은 0.1 m 격자크기를 적용하여 136,000개의 격자로 구성되며 각 계산의 효율은 다중 코어 단일 CPU와 공유메모리 환경에서 시뮬레이션 종료시간인 300 s까지의 wall clock time을 통해 평가된다. MPI 모드와 하이브리드 모드를 통한 병렬계산은 OpenMP 모드에 비해 매우 높은 속도향상지수(speed-up)를 나타났으며 계산효율은 해석분할 방식에 따라 큰 차이를 보였다. 단일 해석영역에 대한 OpenMP 모드의 최대 속도향상지수는 1.5를 넘지 않았으며 스레드의 할당이나 해석영역의 분할에 있어서 최적조건이 존재함을 보였다. 본 연구는 제한된 계산자원과 시간을 활용하여 보다 효과적인 화재해석결과를 도출하는데 기여하고자 한다.

This study evaluates the computational efficiency based on the parallel processing mode and domain decomposition method of the FDS model to enhance the computational performance of fire simulation. A single compartment of dimensions 12.0 m × 3.8 m × 3.0 m is considered along with a rectangular fire source (0.4 m × 0.4 m) fueled by n-Heptane. The computational domain was divided into 136,000 cells forming a grid size of 0.1 m, and the computational efficiency for each calculation was evaluated by the wall clock time for a simulation time of 300 s using a computational framework with 24 cores of a single CPU and a 256 GB shared memory system. The MPI and hybrid mode in FDS parallel offers a greater speed-up capability than the OpenMP mode, and the domain decomposition method used greatly affects the computational efficiency. The maximum speed-up with the OpenMP mode was less than 1.5 for a single computational domain, which indicates that there is an optimal condition for thread assignment and domain decomposition in the OpenMP mode. The present study is expected to contribute toward obtaining effective fire simulation results with limited computing power and time in fire protection engineering.