PETSc

简介

PETSc（Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation）是美国阿贡国家实验室维护的高性能科学计算库，提供了大规模线性/非线性方程组求解的核心算法与并行基础设施。几乎所有主流开源 CFD 代码（OpenFOAM、FEniCS、deal.II）底层都依赖 PETSc，是高端科学计算的「底层引擎」。

核心组件

• 线性求解器：Krylov 子空间方法（CG、GMRES、BiCGStab）+ 预处理器（Jacobi、ILU、AMG）
• 非线性求解器：Newton-Krylov（SNES）、拟 Newton 法
• 时间积分：显式/隐式 ODE/DAE 求解器（TS）
• 并行数据结构：DMDA（结构网格）、DMPlex（非结构网格）

适用场景

• 大规模多物理场耦合仿真（流-热-结构）
• 高端 CFD 求解器开发（作为底层求解器）
• 替代商业求解器（ANSYS、COMSOL）做内部研究
• 机器学习与物理仿真混合方法的高效实现

使用注意

• BSD-2-Clause，商用友好
• 学习曲线陡，官方文档极为详尽（推荐从 Tutorial 开始）
• C/Fortran 核心，Python 绑定 via petsc4py
• 常配合 ODE 求解器（SUNDIALS）和网格管理（PyAMG）使用