GPU 상주 유한체적 전산유체역학 솔버
주식회사 이터레이션즈 · 협력 및 기여 주식회사 메테오시뮬레이션 · Rust 호스트 + CUDA 커널 · English
시간 적분 루프 전체가 GPU에 머무르도록 설계된 비정렬 격자 유한체적 CFD 솔버입니다. 메쉬와 필드를 한 번 업로드한 뒤에는 시간 루프 안에서 장치 메모리 할당도, 필드 데이터의 호스트 전송도 발생하지 않습니다. 단일 GPU 전용이며, 쓰임새는 비압축성·저마하 유동입니다 — RANS/LES/하이브리드 난류, 부력 플룸, 가변밀도 저마하 유동, 2상 VOF, 켤레 열전달, 면대면 복사, 라그랑주 분무, 팬과 다공성 점프를 갖춘 환기 및 데이터센터 기류. 수치 코어 전체를 공개 문헌으로부터 직접 구현했으며 모든 수식은 rust/SPEC-LIT.md에 원논문 인용과 함께 명세되어 있습니다. 검증은 인위해법(MMS), 해석해, 공개 벤치마크를 사용합니다. 비교가 불충분합니다. 많은 도움 부탁드립니다.
Rust 1.85 호스트에 CUDA C++ 커널, 배정밀도 기본(single 기능으로 단정밀도), 대상은 NVIDIA GPU 한 장. 직접 의존성은 일곱 크레이트 — cudarc, jsonc-parser, schemars, serde, serde_json, serde_path_to_error, thiserror(rust/Cargo.toml의 [dependencies]; 빌드 스크립트에는 anyhow가 하나 더 붙습니다) — 이며, 해석된 그래프는 27개 패키지(이 크레이트에 26개를 더한 수)로 전부 NOTICE에 각자가 실리는 조항과 함께 이름이 올라 있습니다. AMGX는 여전히 선택 기능입니다.
| 용도 | 조건 |
|---|---|
| 개인 학습, 취미, 아마추어 연구 | 무료 |
| 교육기관 — 수업, 과제, 실습 | 무료 |
| 대학·학교 및 그 소속 연구소 | 무료 |
| 정부기관 | 무료 |
| 공공 안전·보건 기관, 환경 보호 단체 | 무료 |
| 자선단체 | 무료 |
| 공공 목적 연구 — 소방·의료·보건·안전·재난·환경 | 무료 (정부출연연구기관 포함) |
| 연구기관의 기술개발·기반연구 (정출연 등) | 30일 시험 후 유상 라이선스 |
| 그 밖의 상업적 이용 | 30일 시험 후 유상 라이선스 |
「공공」은 기관이 아니라 연구의 목적을 가리킵니다. 소방·의료·보건·안전·재난·환경 보호를 목적으로 하는 연구는 정부출연연구기관에서 수행하더라도 무료입니다. 반면 특정 제품이나 산업 이전을 목적으로 하는 기술개발 — 전기차, 철도·추진, 항공기 엔진 기술 등 — 은 정출연에서 수행하더라도 상업적 이용입니다. 실무 기준은 하나입니다: 기술료 징수 대상이거나, 기업을 위해 또는 결과를 기업에 이전하는 사업으로 수행되는 연구는 유상 입니다. 대학·학교 및 그 소속 연구소는 교육기관으로서 무료입니다.
30일 시험 기간은 사람이 아니라 회사 단위입니다. 업무 목적으로 쓰신다면 인원 수와 무관하게 회사 전체에 시험 기간이 한 번 주어집니다. CFD는 자기 케이스·자기 격자·자기 하드웨어에서 돌려보지 않고는 도입을 결정할 수 없는 소프트웨어이므로, 이 기간은 평가를 위한 것입니다.
기여를 되돌려 주시는 경우 — Blue Oak 1.0.0, Apache 2.0, MIT, 2-clause BSD 중 하나로 — 그 개발은 상업적 이용으로 계산되지 않습니다.
적용 범위가 불분명한 경우 문의해 주시기 바랍니다. 실질이 상업적이지 않은 이용에 대해서는 무상 또는 감면 라이선스를 검토합니다.
라이선스 문의: simul@msimul.com
저작권자이자 라이선서는 주식회사 이터레이션즈(Iterations Co., Ltd.)이며,
주식회사 메테오시뮬레이션(Meteo Simulation Co., Ltd.)이 협력 및 기여자입니다.
전문은 LICENSE, 상업 라이선스의 범위와 절차는
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Prosperity는 비상업 라이선스이지 오픈소스 라이선스가 아닙니다. OSI 승인 라이선스가 아니며, 상업적 이용을 제한하므로 그렇게 부르지 않습니다.
아래 각 줄은 기록용 머신에서 찍힌, 날짜가 붙은 측정값입니다 — NVIDIA GeForce RTX 5070 Ti (sm_120), CUDA 13.3, 배정밀도 — 줄마다 측정 날짜와 기록된 곳을 함께 적어 두었습니다.
cargo test --release 1,774 passed, 0 failed, 6 ignored (모든 타깃 합계, 18개 스위트; 2026-09-08)
1,645 passed, 0 failed, 4 ignored (lib 크레이트만; 2026-09-08)
ofgpu-validate 1021 / 1026 checks passed (2026-09-27, SPEC-LIT §95.11)
실패하는 다섯 행: Gate 95-A의 네 행(5:1·10:1 캔틸레버, §109.7)과
Gate 95-G의 LE10 링 차수 행(§95.11)
이어서 판정이 MISSES 또는 OPEN으로 등록된 게이트 전부를 이름으로 부르는 목록
그 목록은 손으로 유지되는 것이 아니라, 게이트가 자신의 판정을 보고하는 바로 그 지점에서 들어가는 레지스트리로부터 생성됩니다(SPEC-LIT §69). 판정을 출력하는 것과 등록하는 것이 같은 호출이므로 등록된 판정은 전부 매 실행 이름으로 불리며, 하나가 더 생기더라도 목록에서 빠질 수 없습니다. ofgpu-validate가 실행하는 1026행 가운데 다섯 행은 실패합니다 — 위 블록이 그 다섯 행의 이름을 적어 둡니다 — 그 외의 모든 행은 통과합니다. 그것은 "이 프로젝트가 비교하는 모든 발표된 벤치마크를 재현한다"와 다른 진술이며, 둘을 혼동해서는 안 됩니다.
설치부터 첫 케이스, 격자, 솔버 선택, 수렴 판독, 결과 보기, 그리고 자주 만나는
오류의 원인까지 — 쓰는 법을 다루는 문서는 docs/GUIDEBOOK.md
하나입니다. 영어판은 docs/GUIDEBOOK.en.md.
가장 많이 틀리는 곳부터 보시려면 6절 「솔버 고르기」입니다 — ofgpu-k-epsilon,
ofgpu-k-omega, ofgpu-sa는 속도장을 얼린 채 난류 방정식만 풉니다.
요구사항: Rust 1.85 이상, Visual Studio 2022 (C++ 워크로드), CUDA Toolkit 13.x. build.rs가 vcvars64.bat으로 MSVC 환경을 구성하고 모든 .cu를 PTX가 아닌 CUBIN으로 컴파일합니다.
cd rust
cargo build --release
cargo run --release --bin ofgpu-generate-mesh -- channel ..\cases\channel 200 120 1
cargo run --release --bin ofgpu-k-epsilon -- ..\cases\channel -iters 4000 -check 400검증 전체는 cargo run --release --bin ofgpu-validate입니다. 나머지 열아홉 개 실행 파일(ofgpu-lowmach, ofgpu-vof, ofgpu-cht, ofgpu-datacentre, ofgpu-decompose, 벤치마크들), 케이스 파일 형식, 명령행 옵션은 사용자 안내서에 있습니다. 케이스는 JSONC 한 파일 또는 OpenFOAM ASCII 케이스 디렉터리로 읽고 씁니다 — 후자는 ParaView·foamToVTK 같은 기존 도구와의 상호운용을 위한 것이며, meteor-cfd는 OpenFOAM의 어떤 부분과도 링크하지 않고 그 소스를 포함하지 않습니다.
형상 하나와 명령 두 줄이 cases/에 들어 있습니다. 격자와 결과는
없습니다 — 합쳐 1 GB가 넘고, 그것을 만드는 것이 이 프로그램이 하는 일입니다.
cd cases
.\racecar.cmd # 격자 몇 분(모든 코어 병렬) + 솔브 약 40초(GPU)자세한 것은 cases/racecar.md.
Claude Code, Claude Desktop 등 Model Context Protocol을 말하는 클라이언트가 이 솔버들을 직접 실행하게 할 수 있습니다. 의존성 없는 파일 하나입니다.
claude mcp add ofgpu -- node mcp\server.mjs사용법과 도구 목록, 무엇을 못 하게 막아 두었는지는 mcp/README.md.
| 영역 | 지원 |
|---|---|
| 이산화 | Gauss linear·upwind·linearUpwind·cubic·QUICK·Gamma·blended, TVD 제한자 6종, Green–Gauss·최소제곱 기울기와 제한자(Barth–Jespersen, Venkatakrishnan), 과이완 비직교 보정, steadyState·Euler·BDF2·국소 시간전진 |
| 압력–속도 | SIMPLE, SIMPLEC, PISO, PIMPLE. Rhie–Chow 보간이며 체적력은 셀 값을 보간하지 않고 면에서 직접 처리 |
| 난류 | RANS: 표준·realizable·RNG k-ε, Wilcox k-ω, Menter SST, Launder–Sharma 저Re, Spalart-Allmaras(4변종). LES: Smagorinsky, WALE, Deardorff. 하이브리드: DES97·DDES·IDDES. 천이: k-ω SST-LM, k-ω SST-γ(Menter 2015, Galilean 불변). 벽 처리: 표준·연속 벽함수, lowRe 적분, Jayatilleke 열 벽함수, 거칠기 |
| 다상·수송 | VOF(계면 압축, Zalesak FCT, CSF 표면장력, 정적·이력·동적 접촉각), 다성분 화학종, 일반화 뉴턴 점성 6종, Darcy–Forchheimer 다공성, 비Boussinesq 부력 |
| 켤레 열전달 | 고체 영역, 접촉저항, 조화평균 계면 전도도, 유입구 하나와 유출구 하나까지의 유체 영역 |
| 환기·데이터센터 | 팬 성능곡선(AMCA 210 보정), 다공성 점프, 습공기(Hyland–Wexler), RCI·RTI·SHI·RHI 지표 |
| 라그랑주 파셀 | SoA 풀, Schiller–Naumann 항력, 양방향 결합, 증발과 증기 결합, Bai-Gosman 벽 충돌 지도 — 라이브러리 API로만 |
| 선형 해법 | PBiCGStab, PCG; Jacobi·다색 DIC·다색 DILU; cuFFT 직접 Poisson과 AMGX(선택 기능); 적용가능성·정확도·실측 시간으로 backend 자동 선택 |
| 메쉬·입출력 | 블록 격자와 grading, STL 계단식 조각, 컷셀, Gmsh v4.1, cyclic 다중 쌍, empty/symmetry constraint, 2:1 적응 세분화(어느 솔버에도 연결되지 않음); JSONC 케이스와 자동 생성 스키마, OpenFOAM ASCII, VTU·NanoVDB/OpenVDB·USD, 배정밀도 재시작 |
- STEP에서 격자로, 그리고 Fluent로. CAD가 준 STEP 형상은
tools/mesh/step_mesh.py(설정 JSON 하나)로 Gmsh 격자를 만들고,ofgpu-convert-mesh가 그 .msh를 케이스의constant/polyMesh와 ANSYS Fluent 메쉬로 한 번에 씁니다. 같은 두 단계가 Studio에는mesh_from_step·mesh_to_fluent도구로 들어 있습니다 — 가이드북 §5.
- MPI·다중 GPU 없음. 분할·헤일로·분할 불변 축약·분산 PCG/PBiCGStab이 모두 구현되고 게이트되어 있으나(§71–§73) 한 장의 카드 위 한 프로세스에서 돕니다. 통신 라이브러리를 링크하지 않으며 강한 확장성 수치도 발표하지 않습니다.
- 압축성·천음속 없음. 밀도 가중 시간미분은 VOF에서 쓰이지만 압력 방정식은 비압축성입니다.
- 유한율(아레니우스) 화학 없음 — 경직 ODE 적분기도, 야코비안도, 반응 메커니즘도 없습니다.
- Crank–Nicolson은 저완화 방정식과 함께 쓸 수 없습니다 — 묵시적으로 Euler로 대체하지 않고 사유를 오류로 보고합니다.
- 복사는 면대면(surface-to-surface)만 있습니다. §49/§50은 투명 매질을 가로지르는 회색 확산 교환을 풀며, 체적 안에서 흡수·방출·산란하는 것은 없습니다.
radiationModel선택기는viewFactor(그리고 같은 모델의 고유 표기s2s)만 인식하고 그 밖의 값은 인식되지 않는 설정으로, 인식되는 집합을 함께 제시하며 거부됩니다 — 조용한 대체는 없습니다(§13.4).constant/radiationProperties가 존재하는데radiationModel을 이름하지 않는 경우도 같은 이유로 거부됩니다: 그 항목에는 기본값이 없으며, 추측하는 리더는 케이스가 묻지 않은 질문에 답하는 셈이기 때문입니다. - 면대면 복사·화학종 수송·라그랑주 스프레이는 케이스 형식이 없습니다. 셋 다 라이브러리 API로 명세되고 게이트되어 있으나 어느 드라이버 바이너리도 케이스 파일에서 밀폐공간·화학종 집합·스프레이를 읽지 않습니다(§50.12, §13.4.2).
ofgpu-generate-mesh가p와T를 쓰지 않는 프리셋은damBreak하나입니다. 나머지 —channel,cavity,step,big과 부력 쌍plume/room— 은 블록·컷셀 두 생성 경로 모두0/에p와T까지 쓰므로 운동량을 푸는 드라이버도 갓 생성된 케이스를 그대로 받아 돌립니다.damBreak는 2상 경로라0/이alpha.water와p_rgh를 담고, 여기에ofgpu-lowmach를 들이대면 여전히has no p field로 거절합니다. 컷셀 경로가ofgpu-sa용nuTilda를 쓰지 않는 것도 그대로입니다 — 그 필드는 블록 격자 경로만 더 씁니다.- 파셀은 스플래시 자식 액적을 만들지 않고, 막(film) 수송이 없으며, 복사를 흡수하지 않습니다(§78.11, §68.13).
- 적응 세분화는 어떤 솔버에도 연결되어 있지 않습니다 — 면 플럭스를 옮기지 않고, 적응 후 압력 투영도 없습니다.
- 사면체 격자의 다면체 쌍대 변환은 없습니다. 사면체 격자를 읽고 그 위에서 푸는 것은 됩니다 — Gmsh MSH 4.1 리더(
io/msh.rs)가 Tet·Hex·Prism·Pyramid를 받고 메쉬 모델이 면 기반이라 읽힌 사면체는 일반 다면체 메쉬로 이미 다뤄집니다. 없는 것은 절점마다 그 둘레의 사면체를 하나의 다면체로 합치는 쌍대 격자 연산으로, Fluent의 다면체 변환과 OpenFOAM의polyDualMesh가 사면체 격자에서 셀 수를 줄이고 기울기 재구성을 개선하려는 그것입니다 —polyDualMesh·dual_mesh·dualMesh어느 기호도 트리에 없습니다. 작게 추가할 수 없는 이유는 둘입니다: SPEC-LIT은 이미 모든 면이 평면이고 모든 셀이 볼록하다고 가정하는데("assumes every face planar") 쌍대 격자의 면은 일반적으로 둘 다 아니므로 그 가정을 다시 검토하는 일에서, 그리고 경계 절점의 쌍대 셀이 열려 있다는 경계 처리의 결정에서 작업을 시작해야 변환기가 됩니다. - AMGX는 기본 비활성이며, 비활성 상태에서도 선택기가 AMGX를 "unavailable"로 명시 보고합니다.
- DES 계열이 발표된 박리 유동 통계를 재현한다고 주장하지 않으며, Spalart-Allmaras의 TMR 평판 게이트는 실행하지 않습니다(§57.12, §56.11).
그리고 빗나가는 게이트 두 개. ofgpu-validate가 매 실행 이름으로 부르며, 아래는 그 이름 그대로입니다.
| 게이트 | 판정 |
|---|---|
| §60.5 Gate 5 — 정사각 밀폐공간 켤레 자연대류 (Kaminski & Prakash 1986) | MISSES, 전도 지배 쪽에서 3 % 바를: Kr = 0.1에서 −7.11 %, Kr = 10에서 −0.07 %. 1차 문헌은 유료라 끝내 읽지 못했고 비교는 Belazizia 등(2012)이라는 2차 출처에 대한 것 |
| §68.12 Gate 68-C — Theobald(1981) 소방 수류 90회 | MISSES, 기체를 정지시킨 채로: 평균 측정 거리의 61.29 %. 항력 없는 진공 괄호가 198.65 %이므로 던지는 거리를 결정하는 것은 유입 공기입니다 |
각 검증 절이 어떤 종류의 검증이고 무엇에 견준 것인지(논문·벤치마크 수치·상관식·공개 데이터·저장소의 기록), 그리고 그 자료의 접속 주소(DOI/URL)는 docs/GUIDEBOOK.md §11 「검증 항목 하나하나」의 표에 있습니다.
판정이 OPEN인 것이 여섯 개 더 있으며 같은 목록의 둘째 그룹으로 출력됩니다. 셋은 §32.4의 평판 채널을 측정값이 아니라 상관식(Gnielinski 1976)에 견준 것이고, 넷째 78-D는 발표된 두 스플래시 기준이 Weber 수로 4.78배 서로 어긋나기 때문이며, 다섯째 §88.10 Gate 88-T는 T3A 평판의 측정된 개시 Re_x를 구하지 못해 비교를 닫지 못했기 때문이고, 여섯째 §90.10 Gate 90-T는 2015 모형의 T3A 개시 위치로서 88-T와 같은 이유입니다.
| 문서 | 내용 |
|---|---|
| 사용자 안내서 (별도 페이지) | 빌드, 케이스 파일, 설정 계약, 실행, 출력, 못 하는 것 |
| 기술 안내서 (별도 페이지) | 이산화, 경계조건, 압력–속도, 난류, 저마하, 면대면 복사, 검증, GPU 상주·메쉬 적응·성능 |
rust/SPEC-LIT.md |
수치 명세 95개 절(§0~§113, 번호 사이 빈 곳 있음). 모든 수식의 원논문 인용 포함 — 두 안내서는 여기서 뽑아낸 것이며 이것을 대체하지 않습니다 |
rust/PROVENANCE.md · LICENSING.md · NOTICE |
파일별 출처와 설계 결정, 라이선스 감사 기록, 서드파티 고지 |
cases/README.md · docs/README.md |
시험 케이스 형상, 그리고 docs/의 색인 — 모델 카탈로그, GPU 이식성, 입출력 재설계와 JSONC 스키마, 그리고 ofgpu-lowmach의 저-마하 정식화와 벽 열전달 게이트 기록 |
수치 기법과 모형의 출처입니다. 절 번호는 SPEC-LIT 기준이며, 각 항목은 SPEC-LIT이 실제로 인쇄한 서지사항만 담습니다 — 제목·호수·면수가 없는 곳은 SPEC-LIT이 그것 없이 인용했기 때문입니다. 읽지 않은 출처(유료·접근 불가·의도적으로 열지 않은 것)와 ofgpu-validate가 이름으로 인쇄하는 판정은 해당 줄에 표시했습니다.
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10.1080/10789669.2003.10391062— §53.8, the per-tile flow-rate gate: NOT run — the paper was not reachable from this environment. - Karki, K. C., & Patankar, S. V. Airflow distribution through perforated tiles in raised-floor data centers. Building and Environment, 41(6) (2006) 734–744. DOI
10.1016/j.buildenv.2005.03.005— §53
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- NIST, Fire Dynamics Simulator 6 verification suite,
Verification/HVAC/fan_test.fdsandqfan_test.fdswith their published.csvreference values — US Government public domain. The case files and their reference numbers are the external cross-check of §52.12 Gate 52-B.Source/hvac.f90was read for the DISCIPLINE only: that a fan curve is scaled byrho/rho_curveat every evaluation, and that its tabulated branch resolves the operating point by a bisection with a data-dependent trip count, which is correct for a CPU code and uncapturable here (§52.7). - Buzbee, B. L., Dorr, F. W., George, J. A., & Golub, G. H. The direct solution of the discrete Poisson equation on irregular regions. SIAM Journal on Numerical Analysis, 8(4) (1971) 722–736. DOI
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10.1080/10789669.2009.10390874— §54.3, named and not implemented; the enhancement factor it carries is what makes the ideal relations 0.44 % low inW_sat 25 °C, which §54.8 prints rather than tolerates. - Gatley, D. P., Herrmann, S., & Kretzschmar, H.-J. A twenty-first century molar mass for dry air. HVAC&R Research, 14(5) (2008) 655–662. DOI
10.1080/10789669.2008.10391032— §54 (whereM_a = 28.966 g/mol, and henceeps = 0.621945, come from) - Herrlin, M. K. Rack cooling effectiveness in data centers and telecom central offices: the Rack Cooling Index (RCI). ASHRAE Transactions, 111(2) (2005) 725–731. (ASHRAE Transactions of this vintage carries no DOI; stable record
https://www.semanticscholar.org/paper/99b942df4aa448a1e06f77d36b48d5d52a40c6e0.) — §55.1 - Herrlin, M. K. Airflow and cooling performance of data centers: two performance metrics. ASHRAE Transactions, 114(2) (2008) 182–187. (No DOI; same caveat.) — §55.2 (RTI)
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10.3390/en12081473— CC-BY-4.0, licence verified live through the Crossref REST API, but the full text was not reachable from this environment, so §55.8's six-configuration ranking gate is NOT run and only the one relation the abstract states is gated. — §55.8
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- Moser, R. D., Kim, J., & Mansour, N. N. Physics of Fluids, 11 (1999) 943. — DNS channel profiles at
Re_tau180 / 395 / 590, and the sublayerk+ ≈ C_v (y+)^2withC_v ≈ 0.07of §15.2. The key files' host states no redistribution terms, so they are not distributed; gated by SPEC-LIT §110.2 Gate 110-A - Driver, D. M., & Seegmiller, H. L. AIAA Journal, 23 (1985) 163–171. — the backward-facing step's reattachment length,
x_r/h = 6.26 ± 0.10. Gated by SPEC-LIT §110.3 Gate 110-B — the "NOT run" of §40.7 is retired: the step is now carved out of one block - McCaffrey, B. J. NBSIR 79-1910 (1979). — the buoyant plume's centreline temperature and velocity decay correlations,
ΔT ~ z^{−5/3}in the plume region. US Government work, public domain. Gated by SPEC-LIT §110.4 Gate 110-C - Martin, J. C., & Moyce, W. J. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 244 (1952) 312. — the dam break's surge-front position against time
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