مجموعة أدوات محمولة وقابلة للتوسيع للحوسبة العلمية

مجموعة الأدوات المحمولة والقابلة للتوسيع للحوسبة العلمية ( PETSc ، تُنطق بيت-سي؛ حرف S صامت)، هي مجموعة من هياكل البيانات والبرامج الروتينية التي طوّرها مختبر أرغون الوطني لحل التطبيقات العلمية التي تُنمذج باستخدام المعادلات التفاضلية الجزئية ، وذلك بشكل قابل للتوسع ( متوازي ) . تستخدم PETSc معيار واجهة تمرير الرسائل (MPI) لجميع عمليات تبادل الرسائل. تُعد PETSc مكتبة البرامج العددية المتوازية الأكثر استخدامًا في العالم لحساب المعادلات التفاضلية الجزئية والمصفوفات المتفرقة . حصلت PETSc على جائزة R&D 100 في عام 2009. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وفاز فريق التطوير الأساسي لـ PETSc بجائزة SIAM/ACM في علوم وهندسة الحوسبة لعام 2015. ^{[ 4 ]}

صُممت مكتبة PETSc للاستخدام في مشاريع التطبيقات واسعة النطاق ، حيث بُنيت العديد من مشاريع علوم الحوسبة الجارية حول مكتباتها . يتيح تصميمها الدقيق للمستخدمين المتقدمين تحكمًا دقيقًا في عملية الحل. تتضمن PETSc مجموعة كبيرة من حلول المعادلات الخطية وغير الخطية المتوازية ، والتي يسهل استخدامها في أكواد التطبيقات المكتوبة بلغات C و C++ و Fortran ، والآن Python . توفر PETSc العديد من الآليات اللازمة ضمن أكواد التطبيقات المتوازية، مثل إجراءات تجميع المصفوفات والمتجهات المتوازية البسيطة التي تسمح بتداخل الاتصال والحساب . بالإضافة إلى ذلك، تدعم PETSc المصفوفات الموزعة المتوازية المفيدة لطرق الفروق المحدودة . ^{[ 5 ]}

يتألف نظام PETSc من مجموعة متنوعة من المكونات، تشمل فئات رئيسية وبنية تحتية داعمة. يتفاعل المستخدمون عادةً مع كائنات من الفئات العليا ذات الصلة بتطبيقاتهم، بالإضافة إلى كائنات أساسية من الفئات الدنيا مثل المتجهات، ويمكنهم تخصيص أو توسيع أي كائنات أخرى. تتميز جميع المكونات الرئيسية لنظام PETSc ببنية إضافات قابلة للتوسيع.

يوفر برنامج PETSc العديد من الميزات للحوسبة المتوازية، مقسمة إلى عدة وحدات:

• مجموعات الفهرسة، بما في ذلك التباديل ، للفهرسة في المتجهات، وإعادة الترقيم، وما إلى ذلك.
• المتجهات المتوازية ؛ والمصفوفات (عادةً ما تكون متفرقة )
• المشتتات (تتعامل مع نقل معلومات النقاط الوهمية) والمجموعات (عكس المشتتات)
• إدارة البيانات للشبكات المتوازية المنظمة وغير المنظمة
• العديد من تنسيقات التخزين المتفرقة
• مُهيئات مُسبقة متوازية قابلة للتوسع ، بما في ذلك حلول الشبكة المتعددة والحلول المباشرة المتفرقة
• طرق فضاء كريلوف
• حلول المعادلات غير الخطية المتوازية، مثل طريقة نيوتن و GMRES غير الخطية
• حلول الخطوات الزمنية المتوازية ( المعادلات التفاضلية العادية والمعادلات التفاضلية الجبرية )
• خوارزميات حل التحسين المتوازية ، مثل BFGS
• التحليل التلقائي لاستخدام الذاكرة والحسابات ذات الفاصلة العائمة
• واجهة متسقة
• فحص مكثف للأخطاء
• قابل للتشغيل على أنظمة UNIX و Mac OS X و Windows

• قائمة المكتبات العددية
• قائمة المكتبات الرياضية مفتوحة المصدر

• دليل مستخدمي PETSc ، ساتيش بالاي، شريرانج أبهيانكار، مارك ف. آدامز، جيد براون، بيتر برون، كريس بوشلمان، فيكتور إيخهوت، ويليام د. جروب، دينش كوشيك، ماثيو ج. نيبلي، لويس كيرفمان ماكينيس ، كارل روب، باري ف. سميث، وهونج تشانغ، ANL-95/11 مراجعة 3.5، مختبر أرجون الوطني، يونيو 2014.
• الإدارة الفعالة للتوازي في مكتبات البرمجيات العددية الموجهة للكائنات ، ساتيش بالاي، ويليام د. غروب، لويس كيرفمان ماكينيس، باري ف. سميث، أدوات البرمجيات الحديثة في الحوسبة العلمية، تحرير برواست وآخرون، ص  163-202، 1997.
• المحاكاة العددية للعمليات الجيوديناميكية باستخدام مجموعة الأدوات المحمولة القابلة للتوسيع للحوسبة العلمية ، RF Katz، MG Knepley، B. Smith، M. Spiegelman، و ET Coon، فيزياء الأرض والكواكب الداخلية، 163، ص 52-68، 2007.
• إد بويلر: "PETSc للمعادلات التفاضلية الجزئية: حلول عددية بلغة C وبايثون"، SIAM، ISBN 978-1-611976-30-4(2020).

• الموقع الإلكتروني الرسمي لـ PETSc