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.
0.000210 seconds (84 allocations: 9.062 KiB)
0.000134 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: 9.98453111e-01 s
Δt: 1.00000000e+00 └── GC time: 0.00000000e+00 s (0.000%)
sim. time: 0.00000000e+00 (0.000%) time/DOF/rhs!: 2.68633423e-08 s
PID: Inf s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 649.875 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: 3.06319280e+01 s
Δt: 5.55555556e-02 └── GC time: 3.93012520e-01 s (1.283%)
sim. time: 1.00000000e+00 (100.000%) time/DOF/rhs!: 2.16721950e-08 s
PID: 1.34818359e-05 s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 582.069 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: 30.9s / 4.4% 1.81GiB / 1.9%
Section ncalls time %tot avg alloc %tot avg
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
I/O 3 1.12s 81.9% 375ms 16.9MiB 47.6% 5.63MiB
~I/O~ 3 935ms 68.1% 312ms 12.6MiB 35.5% 4.20MiB
save solution 2 183ms 13.3% 91.4ms 3.68MiB 10.4% 1.84MiB
get element variables 2 6.70ms 0.5% 3.35ms 620KiB 1.7% 310KiB
get node variables 2 1.23μs 0.0% 616ns 0.00B 0.0% 0.00B
save mesh 2 472ns 0.0% 236ns 0.00B 0.0% 0.00B
analyze solution 2 201ms 14.7% 101ms 18.6MiB 52.4% 9.31MiB
rhs! 533 47.2ms 3.4% 88.6μs 4.78KiB 0.0% 9.19B
volume integral 533 31.0ms 2.3% 58.1μs 0.00B 0.0% 0.00B
interface flux 533 4.67ms 0.3% 8.77μs 0.00B 0.0% 0.00B
surface integral 533 3.83ms 0.3% 7.19μs 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2interfaces 533 3.64ms 0.3% 6.83μs 0.00B 0.0% 0.00B
Jacobian 533 2.74ms 0.2% 5.14μs 0.00B 0.0% 0.00B
~rhs!~ 533 602μs 0.0% 1.13μs 4.78KiB 0.0% 9.19B
reset ∂u/∂t 533 560μs 0.0% 1.05μs 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2mortars 533 61.0μs 0.0% 114ns 0.00B 0.0% 0.00B
mortar flux 533 49.4μs 0.0% 92.6ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2boundaries 533 49.3μs 0.0% 92.5ns 0.00B 0.0% 0.00B
boundary flux 533 16.8μs 0.0% 31.5ns 0.00B 0.0% 0.00B
source terms 533 16.7μs 0.0% 31.3ns 0.00B 0.0% 0.00B
calculate dt 19 15.5μs 0.0% 818ns 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: 6.61000000e-07 s
Δt: 1.00000000e+00 └── GC time: 0.00000000e+00 s (0.000%)
sim. time: 0.00000000e+00 (0.000%) time/DOF/rhs!: 2.21767578e-08 s
PID: Inf s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 784.521 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: 4.00076666e+01 s
Δt: 5.55555556e-02 └── GC time: 1.18692114e+00 s (2.967%)
sim. time: 1.00000000e+00 (100.000%) time/DOF/rhs!: 2.23633075e-08 s
PID: 6.62034600e-08 s
#DOFs per field: 4096 alloc'd memory: 1111.366 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: 40.0s / 33.8% 4.74GiB / 0.1%
Section ncalls time %tot avg alloc %tot avg
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
rhs! 148k 13.5s 99.7% 91.5μs 4.78KiB 0.1% 0.03B
volume integral 148k 8.73s 64.5% 59.2μs 0.00B 0.0% 0.00B
surface integral 148k 1.26s 9.3% 8.55μs 0.00B 0.0% 0.00B
interface flux 148k 1.23s 9.1% 8.36μs 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2interfaces 148k 1.07s 7.9% 7.22μs 0.00B 0.0% 0.00B
Jacobian 148k 939ms 6.9% 6.37μs 0.00B 0.0% 0.00B
~rhs!~ 148k 139ms 1.0% 944ns 4.78KiB 0.1% 0.03B
reset ∂u/∂t 148k 98.2ms 0.7% 666ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2boundaries 148k 8.34ms 0.1% 56.6ns 0.00B 0.0% 0.00B
mortar flux 148k 7.62ms 0.1% 51.6ns 0.00B 0.0% 0.00B
prolong2mortars 148k 6.89ms 0.1% 46.7ns 0.00B 0.0% 0.00B
boundary flux 148k 4.72ms 0.0% 32.0ns 0.00B 0.0% 0.00B
source terms 148k 4.63ms 0.0% 31.4ns 0.00B 0.0% 0.00B
I/O 3 34.9ms 0.3% 11.6ms 203KiB 3.9% 67.8KiB
save solution 2 34.9ms 0.3% 17.5ms 200KiB 3.9% 100KiB
~I/O~ 3 4.67μs 0.0% 1.56μs 1.70KiB 0.0% 581B
get element variables 2 1.45μs 0.0% 726ns 1.41KiB 0.0% 720B
get node variables 2 1.28μs 0.0% 641ns 0.00B 0.0% 0.00B
save mesh 2 210ns 0.0% 105ns 0.00B 0.0% 0.00B
analyze solution 2 1.60ms 0.0% 799μs 4.87MiB 95.9% 2.44MiB
calculate dt 19 68.0μs 0.0% 3.58μs 2.67KiB 0.1% 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.