Using the an implicit solver based on Ariadne with Trixi.jl
using Trixi
using Theseus
using CairoMakie
using LinearAlgebra
import Ariadne: JacobianOperatorNotes: Must disable both Polyester and LoopVectorization for Enzyme to be able to differentiate Trixi.jl
LocalPreferences.jl
[Trixi]
loop_vectorization = false
backend = "static"@assert Trixi._PREFERENCE_THREADING !== :polyester
@assert !Trixi._PREFERENCE_LOOPVECTORIZATIONLoad Trixi Example
trixi_include(@__MODULE__, joinpath(examples_dir(), "tree_2d_dgsem", "elixir_advection_basic.jl"), sol = nothing);
u = copy(ode.u0)
du = zero(ode.u0)
res = zero(ode.u0)
F! = Theseus.nonlinear_problem(Theseus.ImplicitEuler(), ode.f)
J = JacobianOperator(F!, res, u, (ode.u0, 1.0, du, ode.p, 0.0, (), 1))
out = zero(u)
v = zero(u)
# precompile
mul!(u, J, v)
F!(res, u, (ode.u0, 1.0, du, ode.p, 0.0, (), 1))
@time mul!(u, J, v)
@time F!(res, u, (ode.u0, 1.0, du, ode.p, 0.0, (), 1))[ Info: You just called `trixi_include`. Julia may now compile the code, please be patient.
0.000221 seconds (83 allocations: 8.906 KiB)
0.000139 seconds (7 allocations: 352 bytes)Cost of time(mul!) ≈ 2 * time(F!)
Solve using ODE interface
sol_trbdf2 = solve(
ode, Theseus.TRBDF2();
dt = 1.0, # solve needs some value here but it will be overwritten by the stepsize_callback
ode_default_options()..., callback = callbacks,
# verbose=1,
krylov_algo = :gmres,
# krylov_kwargs=(;verbose=1)
);
████████╗██████╗ ██╗██╗ ██╗██╗
╚══██╔══╝██╔══██╗██║╚██╗██╔╝██║
██║ ██████╔╝██║ ╚███╔╝ ██║
██║ ██╔══██╗██║ ██╔██╗ ██║
██║ ██║ ██║██║██╔╝ ██╗██║
╚═╝ ╚═╝ ╚═╝╚═╝╚═╝ ╚═╝╚═╝
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SemidiscretizationHyperbolic │
│ ════════════════════════════ │
│ #spatial dimensions: ………………………… 2 │
│ mesh: ………………………………………………………………… TreeMesh{2, Trixi.SerialTree{2, Float64}} with length 341 │
│ equations: …………………………………………………… LinearScalarAdvectionEquation2D │
│ initial condition: ……………………………… initial_condition_convergence_test │
│ boundary conditions: ………………………… Trixi.BoundaryConditionPeriodic │
│ source terms: …………………………………………… nothing │
│ solver: …………………………………………………………… DG │
│ total #DOFs per field: …………………… 4096 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ TreeMesh{2, Trixi.SerialTree{2, Float64}} │
│ ═════════════════════════════════════════ │
│ center: …………………………………………………………… [0.0, 0.0] │
│ length: …………………………………………………………… 2.0 │
│ periodicity: ……………………………………………… (true, true) │
│ current #cells: ……………………………………… 341 │
│ #leaf-cells: ……………………………………………… 256 │
│ maximum #cells: ……………………………………… 30000 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ LinearScalarAdvectionEquation2D │
│ ═══════════════════════════════ │
│ #variables: ………………………………………………… 1 │
│ │ variable 1: …………………………………………… scalar │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DG{Float64} │
│ ═══════════ │
│ basis: ……………………………………………………………… LobattoLegendreBasis{Float64}(polydeg=3) │
│ mortar: …………………………………………………………… LobattoLegendreMortarL2{Float64}(polydeg=3) │
│ surface integral: ………………………………… SurfaceIntegralWeakForm │
│ │ surface flux: ……………………………………… FluxLaxFriedrichs(max_abs_speed) │
│ volume integral: …………………………………… VolumeIntegralWeakForm │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ AnalysisCallback │
│ ════════════════ │
│ interval: ……………………………………………………… 100 │
│ analyzer: ……………………………………………………… LobattoLegendreAnalyzer{Float64}(polydeg=6) │
│ │ error 1: …………………………………………………… l2_error │
│ │ error 2: …………………………………………………… linf_error │
│ │ integral 1: …………………………………………… entropy_timederivative │
│ save analysis to file: …………………… no │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SaveSolutionCallback │
│ ════════════════════ │
│ interval: ……………………………………………………… 100 │
│ solution variables: …………………………… cons2prim │
│ save initial solution: …………………… yes │
│ save final solution: ………………………… yes │
│ output directory: ………………………………… /home/runner/work/Ariadne.jl/Ariadne.jl/docs/build/generated/out │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ StepsizeCallback │
│ ════════════════ │
│ CFL Advective: ………………………………………… Returns{Float64}(1.6) │
│ CFL Diffusive: ………………………………………… Returns{Float64}(0.0) │
│ Interval: ……………………………………………………… 1 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Time integration │
│ ════════════════ │
│ Start time: ………………………………………………… 0.0 │
│ Final time: ………………………………………………… 1.0 │
│ time integrator: …………………………………… TRBDF2 │
│ adaptive: ……………………………………………………… false │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Environment information │
│ ═══════════════════════ │
│ #threads: ……………………………………………………… 1 │
│ threading backend: ……………………………… static │
│ LoopVectorization: ……………………………… disabled │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Simulation running 'LinearScalarAdvectionEquation2D' with DGSEM(polydeg=3)
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
#timesteps: 0 run time: 1.97555533e+00 s
Δt: 1.00000000e+00 └── GC time: 8.14789475e-01 s (41.244%)
sim. time: 0.00000000e+00 (0.000%) time/DOF/rhs!: 2.66488037e-08 s
PID: Inf s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 477.543 MiB
#elements: 256
Variable: scalar
L2 error: 3.94120825e-06
Linf error: 1.23670425e-05
∑∂S/∂U ⋅ Uₜ : -2.19124035e-16
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
┌ Warning: TODO forward zero-set of memorycopy used memset rather than runtime type
│ Caused by:
│ Stacktrace:
│ [1] copy
│ @ ./array.jl:350
│ [2] unaliascopy
│ @ ./abstractarray.jl:1516
│ [3] unalias
│ @ ./abstractarray.jl:1500
│ [4] broadcast_unalias
│ @ ./broadcast.jl:946
│ [5] preprocess
│ @ ./broadcast.jl:953
│ [6] preprocess_args
│ @ ./broadcast.jl:955
│ [7] preprocess
│ @ ./broadcast.jl:952
│ [8] override_bc_copyto!
│ @ ~/.julia/packages/Enzyme/C5rSn/src/compiler/interpreter.jl:818
│ [9] copyto!
│ @ ./broadcast.jl:925
│ [10] materialize!
│ @ ./broadcast.jl:883
│ [11] materialize!
│ @ ./broadcast.jl:880
│ [12] TRBDF2
│ @ ~/work/Ariadne.jl/Ariadne.jl/libs/Theseus/src/Theseus.jl:178
└ @ Enzyme.Compiler ~/.julia/packages/Enzyme/C5rSn/src/rules/llvmrules.jl:812
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Simulation running 'LinearScalarAdvectionEquation2D' with DGSEM(polydeg=3)
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
#timesteps: 18 run time: 4.09101677e+01 s
Δt: 5.55555556e-02 └── GC time: 1.16365866e+00 s (2.844%)
sim. time: 1.00000000e+00 (100.000%) time/DOF/rhs!: 2.10335890e-08 s
PID: 1.77097859e-05 s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 510.018 MiB
#elements: 256
Variable: scalar
L2 error: 1.71224434e-04
Linf error: 2.52822142e-04
∑∂S/∂U ⋅ Uₜ : -1.97551223e-09
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Trixi.jl Time Allocations
─────────────────────── ────────────────────────
Tot / % measured: 41.2s / 4.2% 2.00GiB / 1.9%
Section ncalls time %tot avg alloc %tot avg
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
I/O 3 1.41s 81.6% 469ms 16.9MiB 43.4% 5.63MiB
~I/O~ 3 1.21s 70.1% 403ms 12.6MiB 32.4% 4.20MiB
save solution 2 191ms 11.1% 95.7ms 3.68MiB 9.4% 1.84MiB
get element variables 2 6.52ms 0.4% 3.26ms 621KiB 1.6% 311KiB
get node variables 2 1.11μs 0.0% 556ns 0.00B 0.0% 0.00B
save mesh 2 321ns 0.0% 160ns 0.00B 0.0% 0.00B
analyze solution 2 272ms 15.8% 136ms 22.0MiB 56.6% 11.0MiB
rhs! 533 45.8ms 2.7% 85.9μs 4.78KiB 0.0% 9.19B
volume integral 533 30.6ms 1.8% 57.5μs 0.00B 0.0% 0.00B
interface flux 533 4.47ms 0.3% 8.39μs 0.00B 0.0% 0.00B
surface integral 533 3.37ms 0.2% 6.33μs 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2interfaces 533 3.25ms 0.2% 6.10μs 0.00B 0.0% 0.00B
Jacobian 533 2.79ms 0.2% 5.23μs 0.00B 0.0% 0.00B
reset ∂u/∂t 533 593μs 0.0% 1.11μs 0.00B 0.0% 0.00B
~rhs!~ 533 558μs 0.0% 1.05μs 4.78KiB 0.0% 9.19B
prolong2mortars 533 43.2μs 0.0% 81.0ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2boundaries 533 35.3μs 0.0% 66.3ns 0.00B 0.0% 0.00B
mortar flux 533 28.7μs 0.0% 53.8ns 0.00B 0.0% 0.00B
boundary flux 533 16.0μs 0.0% 30.1ns 0.00B 0.0% 0.00B
source terms 533 15.9μs 0.0% 29.8ns 0.00B 0.0% 0.00B
calculate dt 19 21.9μs 0.0% 1.15μs 2.67KiB 0.0% 144B
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────Plot the solution
We have to manually convert the sol since Theseus has it's own lightweight solution type.
plot(Trixi.PlotData2DTriangulated(sol_trbdf2.u[end], sol_trbdf2.prob.p))Solve using OrdinaryDiffEqSDIRK
import OrdinaryDiffEqSDIRK
import DifferentiationInterface: AutoFiniteDiff
sol_sdrik = solve(
ode, OrdinaryDiffEqSDIRK.TRBDF2(autodiff = AutoFiniteDiff());
dt = 1.0, # solve needs some value here but it will be overwritten by the stepsize_callback
ode_default_options()..., callback = callbacks,
adaptive = false
);
████████╗██████╗ ██╗██╗ ██╗██╗
╚══██╔══╝██╔══██╗██║╚██╗██╔╝██║
██║ ██████╔╝██║ ╚███╔╝ ██║
██║ ██╔══██╗██║ ██╔██╗ ██║
██║ ██║ ██║██║██╔╝ ██╗██║
╚═╝ ╚═╝ ╚═╝╚═╝╚═╝ ╚═╝╚═╝
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SemidiscretizationHyperbolic │
│ ════════════════════════════ │
│ #spatial dimensions: ………………………… 2 │
│ mesh: ………………………………………………………………… TreeMesh{2, Trixi.SerialTree{2, Float64}} with length 341 │
│ equations: …………………………………………………… LinearScalarAdvectionEquation2D │
│ initial condition: ……………………………… initial_condition_convergence_test │
│ boundary conditions: ………………………… Trixi.BoundaryConditionPeriodic │
│ source terms: …………………………………………… nothing │
│ solver: …………………………………………………………… DG │
│ total #DOFs per field: …………………… 4096 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ TreeMesh{2, Trixi.SerialTree{2, Float64}} │
│ ═════════════════════════════════════════ │
│ center: …………………………………………………………… [0.0, 0.0] │
│ length: …………………………………………………………… 2.0 │
│ periodicity: ……………………………………………… (true, true) │
│ current #cells: ……………………………………… 341 │
│ #leaf-cells: ……………………………………………… 256 │
│ maximum #cells: ……………………………………… 30000 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ LinearScalarAdvectionEquation2D │
│ ═══════════════════════════════ │
│ #variables: ………………………………………………… 1 │
│ │ variable 1: …………………………………………… scalar │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DG{Float64} │
│ ═══════════ │
│ basis: ……………………………………………………………… LobattoLegendreBasis{Float64}(polydeg=3) │
│ mortar: …………………………………………………………… LobattoLegendreMortarL2{Float64}(polydeg=3) │
│ surface integral: ………………………………… SurfaceIntegralWeakForm │
│ │ surface flux: ……………………………………… FluxLaxFriedrichs(max_abs_speed) │
│ volume integral: …………………………………… VolumeIntegralWeakForm │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ AnalysisCallback │
│ ════════════════ │
│ interval: ……………………………………………………… 100 │
│ analyzer: ……………………………………………………… LobattoLegendreAnalyzer{Float64}(polydeg=6) │
│ │ error 1: …………………………………………………… l2_error │
│ │ error 2: …………………………………………………… linf_error │
│ │ integral 1: …………………………………………… entropy_timederivative │
│ save analysis to file: …………………… no │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SaveSolutionCallback │
│ ════════════════════ │
│ interval: ……………………………………………………… 100 │
│ solution variables: …………………………… cons2prim │
│ save initial solution: …………………… yes │
│ save final solution: ………………………… yes │
│ output directory: ………………………………… /home/runner/work/Ariadne.jl/Ariadne.jl/docs/build/generated/out │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ StepsizeCallback │
│ ════════════════ │
│ CFL Advective: ………………………………………… Returns{Float64}(1.6) │
│ CFL Diffusive: ………………………………………… Returns{Float64}(0.0) │
│ Interval: ……………………………………………………… 1 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Time integration │
│ ════════════════ │
│ Start time: ………………………………………………… 0.0 │
│ Final time: ………………………………………………… 1.0 │
│ time integrator: …………………………………… TRBDF2 │
│ adaptive: ……………………………………………………… false │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Environment information │
│ ═══════════════════════ │
│ #threads: ……………………………………………………… 1 │
│ threading backend: ……………………………… static │
│ LoopVectorization: ……………………………… disabled │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Simulation running 'LinearScalarAdvectionEquation2D' with DGSEM(polydeg=3)
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
#timesteps: 0 run time: 6.41000000e-07 s
Δt: 1.00000000e+00 └── GC time: 0.00000000e+00 s (0.000%)
sim. time: 0.00000000e+00 (0.000%) time/DOF/rhs!: 2.35351563e-08 s
PID: Inf s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 813.539 MiB
#elements: 256
Variable: scalar
L2 error: 3.94120825e-06
Linf error: 1.23670425e-05
∑∂S/∂U ⋅ Uₜ : -2.19124035e-16
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Simulation running 'LinearScalarAdvectionEquation2D' with DGSEM(polydeg=3)
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
#timesteps: 18 run time: 3.95241565e+01 s
Δt: 5.55555556e-02 └── GC time: 1.13098458e+00 s (2.862%)
sim. time: 1.00000000e+00 (100.000%) time/DOF/rhs!: 2.36944312e-08 s
PID: 6.54033348e-08 s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 1127.299 MiB
#elements: 256
Variable: scalar
L2 error: 1.71161806e-04
Linf error: 2.52798215e-04
∑∂S/∂U ⋅ Uₜ : -1.97752414e-09
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Trixi.jl Time Allocations
─────────────────────── ────────────────────────
Tot / % measured: 39.5s / 36.2% 4.74GiB / 0.1%
Section ncalls time %tot avg alloc %tot avg
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
rhs! 148k 14.3s 99.9% 97.0μs 4.78KiB 0.1% 0.03B
volume integral 148k 9.74s 68.0% 66.0μs 0.00B 0.0% 0.00B
interface flux 148k 1.16s 8.1% 7.89μs 0.00B 0.0% 0.00B
surface integral 148k 1.12s 7.8% 7.59μs 0.00B 0.0% 0.00B
Jacobian 148k 1.04s 7.3% 7.06μs 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2interfaces 148k 985ms 6.9% 6.68μs 0.00B 0.0% 0.00B
~rhs!~ 148k 127ms 0.9% 860ns 4.78KiB 0.1% 0.03B
reset ∂u/∂t 148k 102ms 0.7% 694ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2boundaries 148k 6.20ms 0.0% 42.0ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2mortars 148k 6.03ms 0.0% 40.9ns 0.00B 0.0% 0.00B
mortar flux 148k 5.43ms 0.0% 36.8ns 0.00B 0.0% 0.00B
boundary flux 148k 4.34ms 0.0% 29.4ns 0.00B 0.0% 0.00B
source terms 148k 4.33ms 0.0% 29.4ns 0.00B 0.0% 0.00B
analyze solution 2 9.83ms 0.1% 4.92ms 6.06MiB 96.7% 3.03MiB
I/O 3 2.25ms 0.0% 749μs 203KiB 3.2% 67.8KiB
save solution 2 2.24ms 0.0% 1.12ms 200KiB 3.1% 100KiB
~I/O~ 3 4.15μs 0.0% 1.38μs 1.70KiB 0.0% 581B
get element variables 2 1.49μs 0.0% 746ns 1.41KiB 0.0% 720B
get node variables 2 952ns 0.0% 476ns 0.00B 0.0% 0.00B
save mesh 2 180ns 0.0% 90.0ns 0.00B 0.0% 0.00B
calculate dt 19 67.8μs 0.0% 3.57μs 2.67KiB 0.0% 144B
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────Plot the solution
plot(Trixi.PlotData2DTriangulated(sol_sdrik.u[end], sol_sdrik.prob.p))Increase CFL numbers
trixi_include(@__MODULE__, joinpath(examples_dir(), "tree_2d_dgsem", "elixir_advection_basic.jl"), cfl = 10, sol = nothing);
sol = solve(
ode, Theseus.ImplicitEuler();
dt = 1.0, # solve needs some value here but it will be overwritten by the stepsize_callback
ode_default_options()..., callback = callbacks,
# verbose=1,
krylov_algo = :gmres,
# krylov_kwargs=(;verbose=1)
);
@show callbacks.discrete_callbacks[4]┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ StepsizeCallback │
│ ════════════════ │
│ CFL Advective: ………………………………………… Returns{Int64}(10) │
│ CFL Diffusive: ………………………………………… Returns{Float64}(0.0) │
│ Interval: ……………………………………………………… 1 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘Plot the solution
plot(Trixi.PlotData2DTriangulated(sol.u[end], sol.prob.p))This page was generated using Literate.jl.