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- The Finite Element Machine (FEM) was a late 1970s-early 1980s NASA project to build and evaluate the performance of a parallel computer for structural analysis. The FEM was completed and successfully tested at the NASA Langley Research Center in Hampton, Virginia. The motivation for FEM arose from the merger of two concepts: the finite element method of structural analysis and the introduction of relatively low-cost microprocessors. In the finite element method, the behavior (stresses, strains and displacements resulting from load conditions) of large-scale structures is approximated by a FE model consisting of structural elements (members) connected at structural node points. Calculations on traditional computers are performed at each node point and results communicated to adjacent node points until the behavior of the entire structure is computed. On the Finite Element Machine, microprocessors located at each node point perform these nodal computations in parallel. If there are more node points (N) than microprocessors (P), then each microprocessor performs N/P computations. The Finite Element Machine contained 32 processor boards each with a Texas Instruments TMS9900 processor, 32 Input/Output (IO) boards and a TMS99/4 controller. The FEM was conceived, designed and fabricated at NASA Langley Research Center. The TI 9900 processor chip was selected by the NASA team as it was the first 16-bit processor available on the market which until then was limited to less powerful 8-bit processors. The FEM concept was first successfully tested to solve beam bending equations on a Langley FEM prototype (4 IMSAI 8080s). This led to full-scale FEM fabrication & testing by the FEM hardware-software-applications team led by Dr. Olaf Storaasli formerly of NASA Langley Research Center and Oak Ridge National Laboratory (currently at USEC).The first significant Finite Element Machine results are documented in: The Finite Element Machine: An experiment in parallel processing (NASA TM 84514). Based on the Finite Element Machine's success in demonstrating Parallel Computing viability, (alongside ILLIAC IV and Goodyear MPP), commercial parallel computers soon were sold. NASA Langley subsequently purchased a Flex/32 Multicomputer (and later Intel iPSC and Intel Paragon) to continue parallel finite element algorithm R&D. In 1989, the parallel equation solver code, first prototyped on FEM, and tested on FLEX was ported to NASA's first Cray YMP via Force (Fortran for Concurrent Execution) to reduce the structural analysis computation time for the space shuttle Challenger Solid Rocket Booster resdesign with 54,870 equations from 14 hours to 6 seconds. This research accomplishment was awarded the first Cray GigaFLOP Performance Award at Supercomputing '89. This code evolved into NASA's General-Purpose Solver (GPS) for Matrix Equations used in numerous finite element codes to speed solution time. GPS sped up 's Genoa code 10X, allowing 10X larger applications for which the team received NASA's 1999 Software of the Year Award and a 2000 R&D100 Award. (en)
- A Máquina de Elementos Finitos (em inglês: Finite Element Machine - FEM) foi um projeto da NASA do final da década de 1970 e início da década de 1980, para construir e avaliar o desempenho de um computador paralelo para análise estrutural. A FEM foi concluída e testada com sucesso no Langley Research Center da NASA em Hampton, Virgínia. A motivação para a FEM surgiu da fusão de dois conceitos: o Método dos Elementos Finitos para análise estrutural e a introdução de microprocessadores de custo relativamente baixo. No método dos elementos finitos, o comportamento (tensões, deformações e deslocamentos resultantes das condições de carga) de estruturas de grande escala é aproximado por um modelo de elementos finitos constituído por elementos estruturais (membros) conectados em pontos nodais da estrutura. Cálculos em computadores tradicionais são executados em cada nó e os resultados são comunicados a nós adjacentes até que o comportamento de toda a estrutura seja calculado. Na Máquina de Elementos Finitos os microprocessadores, localizados em cada nó, executam esses cálculos nodais em paralelo. Se houver mais nós (N) que microprocessadores (P), então cada microprocessador executa N/P cálculos. A Máquina de Elementos Finitos continha 32 placas processadoras, cada uma com um processador Texas Instruments TMS9900, 32 placas de entrada/saída (IO) e um controlador TMS99/4. A FEM foi concebida, projetada e fabricada no Langley Research Center da NASA. O chip do processador TI 9900 foi selecionado pela equipe da NASA, pois era o primeiro processador de 16 bits disponível no mercado, que até então era limitado a processadores menos potentes de 8 bits. O conceito FEM foi testado com sucesso a primeira vez para resolver equações de flexão de vigas em um protótipo Langley FEM. Isso levou à fabricação e teste da FEM em larga escala pela equipe de aplicativos de software de hardware da FEM, liderada por Olaf Storaasli, anteriormente do Langley Research Center da NASA e do (atualmente na ). Os primeiros resultados significativos da Máquina de Elementos Finitos estão documentados em: The Finite Element Machine: An experiment in parallel processing (NASA TM 84514). Com base no sucesso da Finite Element Machine em demonstrar a viabilidade da computação paralela, (juntamente com o ILLIAC IV e o ), os computadores paralelos comerciais foram vendidos em breve. A NASA Langley comprou posteriormente um multicomputador Flex/32 (e mais tarde e ) para continuar a pesquisa e desenvolvimento de algoritmos paralelos de elementos finitos. Em 1989 o código paralelo para solução de equações, prototipado primeiramente na FEM, e testado no FLEX, foi portado para o primeiro Cray YMP da NASA via Force (Fortran for Concurrent Execution), reduzindo o tempo de computação de análise estrutural para o foguete auxiliar de combustível sólido do ônibus espacial Challenger com 54.870 equações de 14 horas para 6 segundos. Este resultado de pesquisa foi premiado com o primeiro Cray GigaFLOP Performance Award at Supercomputing '89. Este código evoluiu para o General-Purpose Solver (GPS) da NASA para equações matriciais usadas em numerosos códigos de elementos finitos a fim de acelerar o tempo de solução. (pt)
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