COMSOL Multiphysics® ist eine Simulationsplattform zur Modellierung und Berechnung von Multiphysik-Problemen auf der Grundlage partieller Differentialgleichungen in 1D, 2D und 3D. Sie ermöglicht die Analyse gekoppelter physikalischer Phänomene in einer Vielzahl von Disziplinen, darunter Strukturmechanik, Wärmeübertragung, Strömungsdynamik, Partikelverfolgung und Elektromagnetik. Durch die Kombination mehrerer Physik-Schnittstellen in einem einzigen Modell ermöglicht COMSOL Forschern die Simulation realer Systeme, in denen mehrere physikalische Effekte gleichzeitig zusammenwirken, anstatt jeden einzelnen isoliert zu analysieren. Typische Anwendungsfälle sind die thermisch-strukturelle Kopplung in mechanischen Bauteilen, elektromagnetische Erwärmung, Fluid-Struktur-Wechselwirkungen, chemische Reaktions- und Transportprozesse sowie akustisch-strukturelle Wechselwirkungen.

Die Plattform nutzt die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur räumlichen Diskretisierung und bietet eine grafische Benutzeroberfläche für die Erstellung von Geometrien, die Definition physikalischer Phänomene, die Netzgenerierung, die Lösung und die Nachbearbeitung von Ergebnissen – alles innerhalb eines integrierten Arbeitsablaufs. Die modulare Architektur von COMSOL ermöglicht es, das Kernpaket „Multiphysics“ je nach lizenzierter Konfiguration um spezialisierte Zusatzmodule (z. B. CFD, Wärmeübertragung, Strukturmechanik, HF, Akustik, Chemische Reaktionstechnik) zu erweitern. Modelle lassen sich zudem mithilfe des Application Builders zu benutzerdefinierten Anwendungen ausbauen und über LiveLink™-Schnittstellen mit externen Tools wie MATLAB koppeln.

Aktuelle lizenzierte Softwareversion

COMSOL 6.4

Installation

Die Installationsdateien und die Installationsanleitung für die neueste Version der Software sowie Informationen zur Netzwerklizenzierung sind auf unserem FTP-Server verfügbar. COMSOL ist außerdem auf unseren Linux-Clustern BwUniCluster3.0 und Horeka installiert und steht dort zur Durchführung rechenintensiver Simulationen zur Verfügung.

Hinweis: Installationsdateien für Versionen, die oben nicht aufgeführt sind, können auf Anfrage unter scs-contact∂scc.kit.edu angefordert werden.

Lizenzierung

Netzwerklizenz: Es gibt zwei separate COMSOL-Netzwerklizenzserver, die derzeit beide aktiv sind. Die Konfigurationsdetails für beide Server finden Sie in der Netzwerklizenz-Konfigurationsdatei, die auf dem FTP-Server verfügbar ist. Geben Sie während der Installation bitte den entsprechenden Lizenzservernamen und die Portnummer an, wie in der Konfigurationsdatei angegeben, je nach der von Ihnen beabsichtigten Nutzung der Software. Die beiden Lizenzserver dienen unterschiedlichen Zwecken und müssen entsprechend verwendet werden:

• Floating Network License (FNL): Vorgesehen für nicht-kommerzielle akademische Forschungsaktivitäten am KIT, einschließlich Promotionsvorhaben, Master- und Bachelorarbeiten sowie sonstiger wissenschaftlicher Projekte.
• Class Kit License (CKL): Ausschließlich für Lehrveranstaltungen vorgesehen, wie Vorlesungen, Kurse und Übungen.

Bitte stellen Sie sicher, dass Sie den für Ihren Verwendungszweck geeigneten License Server auswählen. Die Nutzung einer der beiden Lizenzen für persönliche oder kommerzielle Zwecke ist strengstens untersagt. Für die Nutzung der Software ist eine aktive Internetverbindung erforderlich. Wenn Sie außerhalb des KIT-Netzwerks auf die Software zugreifen, stellen Sie bitte zunächst eine VPN-Verbindung her, um den License Server zu erreichen. Anweisungen zur Einrichtung und Nutzung des VPN finden Sie unter: Remote Access (VPN)

Sie dürfen diese Software (die „Anwendung“) nutzen, vervielfältigen, bearbeiten, öffentlich anzeigen, öffentlich ausführen sowie an die Öffentlichkeit weitergeben und Dritten dieselben Rechte einräumen, sofern die nachstehenden Bedingungen eingehalten werden:

• Weder diese Anwendung noch bearbeitete Versionen dieser Anwendung dürfen als Konkurrenz zu einem Softwareprodukt für rechnergestütztes Konstruieren („CAD“) oder als eigenständiges Produkt zur Konvertierung von Eingaben für oder Ausgaben aus einer CAD-Software vermarktet oder vertrieben werden.

• Weder diese Anwendung noch bearbeitete Versionen dieser Anwendung dürfen als Ersatz für Softwareprogramme Dritter vermarktet oder vertrieben werden, zu denen COMSOL Multiphysics und die zugehörigen Zusatzmodule eine Schnittstelle bereitstellen.

• Soweit für die Nutzung dieser Anwendung oder einer bearbeiteten Version dieser Anwendung weitere Softwareprogramme erforderlich sind, sind Sie selbst dafür verantwortlich, die Einhaltung sämtlicher für diese Softwareprogramme geltenden Lizenzbedingungen und sonstigen Nutzungsbedingungen sicherzustellen.

• Dieser Lizenzhinweis ist sämtlichen Kopien sowie allen bearbeiteten Versionen dieser Anwendung beizufügen.

• Wenn Sie diese Anwendung bearbeiten, müssen sowohl die Bearbeitung als auch deren Veröffentlichung mit der jeweils geltenden COMSOL Software License Agreement in Einklang stehen.

• Wenn Sie diese Anwendung bearbeiten, müssen Sie Ihre eigenen Beiträge innerhalb des der bearbeiteten Anwendung beigefügten Lizenzhinweises eindeutig kennzeichnen.

• Weder Sie noch andere natürliche oder juristische Personen dürfen diese Anwendung oder bearbeitete Versionen dieser Anwendung nutzen oder verbreiten oder die hierin eingeräumten Rechte ausüben, sofern dies gegen geltende Export- oder Importgesetze oder sonstige einschlägige Rechtsvorschriften verstößt.

HAFTUNGSAUSSCHLUSS

DIE ANWENDUNG WIRD „WIE BESEHEN“ („AS IS“) UND OHNE JEGLICHE GEWÄHRLEISTUNG BEREITGESTELLT, UNABHÄNGIG DAVON, OB DIESE AUSDRÜCKLICH, STILLSCHWEIGEND, GESETZLICH ODER AUF SONSTIGE WEISE BESTEHT. DIES GILT INSBESONDERE, JEDOCH NICHT ABSCHLIESSEND, FÜR GEWÄHRLEISTUNGEN HINSICHTLICH DER MARKTGÄNGIGKEIT, DER NICHTVERLETZUNG VON RECHTEN DRITTER, DES DESIGNS, DER FUNKTIONSWEISE, DER FREIHEIT VON VIREN, DER RICHTIGKEIT ODER VOLLSTÄNDIGKEIT DER ERZEUGTEN ERGEBNISSE, DER FEHLENDEN FAHRLÄSSIGKEIT, DER SICHERHEIT SOWIE DER EIGNUNG FÜR EINEN BESTIMMTEN ZWECK.

IN KEINEM FALL HAFTEN DIE URHEBER FÜR UNMITTELBARE, MITTELBARE, FOLGE-, EXEMPLARISCHE, BESONDERE, ZUFÄLLIGE ODER STRAFSCHADENSERSATZANSPRÜCHE, DIE AUS DIESER RECHTEEINRÄUMUNG ODER IM ZUSAMMENHANG MIT DIESER ENTSTEHEN, UNABHÄNGIG VON DER RECHTSGRUNDLAGE DES ANSPRUCHS UND SELBST DANN, WENN AUF DIE MÖGLICHKEIT EINES SOLCHEN SCHADENS HINGEWIESEN WURDE.

Diese Form der Rechteeinräumung kann auf von Ihnen erstellte Anwendungen angewendet werden, sofern Ihre Anwendung sowie deren Veröffentlichung mit der jeweils geltenden COMSOL Software License Agreement im Einklang stehen. Wenn Sie diese Lizenzform für Ihre eigenen Anwendungen verwenden, müssen Sie den Copyright-Hinweis entsprechend anpassen, sodass die zutreffenden Rechteinhaber angegeben werden. Soweit Sie diese Anwendung bearbeiten, dürfen Sie die bearbeitete Version mit Ihren eigenen Beiträgen unter von Ihnen gewählten Lizenzbedingungen sowie die unveränderten ursprünglichen Bestandteile weiterhin unter dieser Rechteeinräumung verbreiten, vorausgesetzt, Ihre Lizenzbedingungen stehen nicht im Widerspruch zur jeweils aktuellen Fassung der COMSOL Software License Agreement.

COMSOL Multiphysics-Simulationen mit großen Speicher- oder CPU-Anforderungen sollten auf dem Linux-HPC-Cluster im Batch-Modus ausgeführt werden. Die Batch-Ausführung ermöglicht es Anwendern, mehrere CPU-Kerne, große Speicherressourcen und lange Laufzeiten zu nutzen, die vom Slurm-Workload-Manager verwaltet werden. Wir empfehlen Ihnen, die neueste auf dem Cluster verfügbare Version der Software zu verwenden. Weitere Informationen finden Sie unter „Parallele Ausführung von COMSOL auf Clustern“.

Voraussetzungen

Bevor Sie einen Job auf dem Cluster einreichen, stellen Sie sicher, dass die folgenden Voraussetzungen erfüllt sind:

• Erstellen Sie Ihr Simulationsmodell lokal mit COMSOL Multiphysics 6.4.

• Speichern Sie das Modell als .mph-Datei.

• Kopieren Sie das Modell sowie alle weiteren benötigten Eingabedateien (z. B. Geometriedateien, Materialdaten oder Skripte) in Ihr Home- oder Projektverzeichnis auf dem Cluster.

COMSOL-Modul auf dem HPC-Cluster

Auf dem Cluster wird das Environment Modules-System verwendet. Um alle verfügbaren COMSOL-Versionen anzuzeigen, führen Sie folgenden Befehl aus:

module avail cae/comsol

Laden Sie anschließend die aktuelle Version der Software:

module load cae/comsol/6.4

Erstellen und Einreichen eines Slurm-Batch-Skripts

Erstellen Sie ein Batch-Skript (beispielsweise comsol_job.sh) mit folgendem Inhalt. Das folgende Beispiel verwendet einen einzelnen Rechenknoten.

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=comsol
#SBATCH --nodes=1
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --cpus-per-task=24
#SBATCH --partition=dev_cpu
#SBATCH --time=00:10:00
#SBATCH --mem=1G

module purge
module load cae/comsol/6.4

comsol batch \
    -usebatchlic \
    -np 20 \
    -tmpdir $TMP \
    -data $TMP/data \
    -autosave off \
    -inputfile backstep.mph \
    -outputfile backstep_result.mph \
    -batchlog job_${SLURM_JOB_ID}.log

Wählen Sie die Werte der Slurm-Parameter stets entsprechend den Anforderungen Ihrer Simulation. Im obigen Skript bedeuten die COMSOL-Optionen:

• -np gibt die Gesamtzahl der von COMSOL verwendeten Rechenprozesse bzw. Berechnungsthreads an.

• -tmpdir legt das Verzeichnis für temporäre Dateien auf dem lokalen Scratch-Dateisystem fest und verbessert dadurch die Ein-/Ausgabe-Performance.

• -data definiert das Arbeitsverzeichnis, das von COMSOL verwendet wird.

• -autosave off deaktiviert das automatische periodische Speichern während der Berechnung.

• -batchlog schreibt die Ausgaben des Solvers in eine Protokolldatei.

• -usebatchlic darf nur verwendet werden, wenn eine COMSOL-Batch-Lizenz (Floating Network License) zur Verfügung steht.

Für die Ausführung von Multi-Node-Jobs unterstützt COMSOL zudem die Ausführung mit verteiltem Speicher (MPI) über mehrere Rechenknoten hinweg, sofern Ihre Lizenz Cluster-Computing umfasst.

#!/bin/bash
#SBATCH --nodes=2
#SBATCH --ntasks-per-node=2
#SBATCH --cpus-per-task=10
#SBATCH --partition=cpu
#SBATCH --time=02:00:00
#SBATCH --mem=90G

module purge
module load cae/comsol/6.4

comsol batch \
    -usebatchlic \
    -nn 2 \
    -np 20 \
    -tmpdir $TMP \
    -data $TMP/data \
    -autosave off \
    -inputfile backstep.mph \
    -outputfile backstep_result.mph \
    -batchlog job_${SLURM_JOB_ID}.log

Dabei gilt:

• -nn gibt die Anzahl der verwendeten Rechenknoten an.

• -np gibt die Gesamtzahl der von der Simulation verwendeten Prozesse bzw. Berechnungsthreads an.

Reichen Sie den Job durch:

sbatch comsol_job.sh

Den Status Ihres Jobs können Sie mit folgendem Befehl überprüfen:

squeue

Bewährte Vorgehensweisen

• Erstellen und validieren Sie Ihr Modell mit COMSOL Multiphysics 6.4, bevor Sie es auf dem Cluster ausführen.

• Kopieren Sie die .mph-Datei sowie alle erforderlichen Eingabedateien vor dem Start der Simulation auf den Cluster.

• Verwenden Sie nach Möglichkeit das lokale Scratch-Verzeichnis ($TMP) für temporäre Dateien, um die Ein-/Ausgabe-Performance zu verbessern.

• Wählen Sie die Anzahl der verwendeten CPUs (-np) entsprechend den durch Slurm zugewiesenen Ressourcen.

• Überprüfen Sie nach Abschluss der Simulation die Batch-Protokolldatei. COMSOL dokumentiert dort während der Ausführung den Rechenfortschritt sowie den Speicherverbrauch.