# Architecture Decision Records

## 철학
FESA의 architecture decision은 solver correctness, verification traceability, implementation testability를 우선한다. Harness는 제품이 아니라 C++/MSVC 기반 FEM 구조해석 솔버 개발을 통제하는 운영 인프라이다.

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### ADR-001: FESA는 구조해석 솔버 프로젝트이고 Harness는 운영 인프라로 둔다
**결정**: 저장소의 주 목적은 유한요소법 기반 구조해석 솔버 개발이다. Harness는 승인된 Step 계획, 독립 세션 실행, PreToolUse guardrail, Stop MSVC build/test 검증을 제공하는 보조 계층으로 유지한다.

**이유**: 기존 문서가 Harness 중심이면 agent가 solver architecture, FEM verification, Abaqus/HDF5 계약보다 운영 스크립트에 과도하게 맞춰 행동한다.

**트레이드오프**: Harness 문서의 비중은 낮아지지만, `docs/HARNESS_WORKFLOW.md`의 실행 계약과 `.codex/hooks.json`의 검증 정책은 계속 필수 운영 규칙으로 유지한다.

### ADR-002: C++17/MSVC/CMake/CTest를 기본 구현 환경으로 둔다
**결정**: 기본 solver 구현과 validation은 C++17 이상, Visual Studio 17 2022 또는
Visual Studio 18 2026 generator, x64 platform, Debug config, CMake, CTest로 수행한다.
`.harness/config.json`이 없으면 CMake가 설치된 두 승인 generator 중 하나를 자동
선택할 수 있으며, build/test evidence에는 실제 generator와 compiler version을 기록한다.

**이유**: FESA의 목표 환경은 Windows/MSVC 기반 C++이다. CMake/CTest는 solver source tree가 추가되거나 확장될 때 가장 일관된 build/test entry point다. VS17과 VS18을
승인하면 현재 지원되는 MSVC 개발 환경에서 같은 C++17/x64/Debug 계약을 검증할 수 있다.

**트레이드오프**: FESA solver source는 CMake/CTest를 기본으로 유지한다. Generator별
compiler 차이는 각 build/test report에 명시하고, 두 generator 중 하나에서만 관찰되는
실패를 다른 generator의 성공으로 숨기지 않는다. Harness 자체는 `.harness/config.json`에
solution과 test command를 명시한 직접 MSBuild 프로젝트도 검증할 수 있지만, 이는 FESA
제품이 solution-only workflow를 지원한다는 의미가 아니다.

### ADR-003: Abaqus `.inp` full compatibility가 아니라 기능별 keyword subset을 지원한다
**결정**: FESA parser는 Abaqus keyword/data/comment line 규칙을 따르되, 기능별로 승인된 keyword subset만 지원한다. 미지원 keyword는 명확한 diagnostic을 남긴다.

**이유**: full Abaqus compatibility는 초기 solver 범위와 검증 비용을 과도하게 키운다. 기능별 subset은 요구조건, I/O contract, reference validation을 추적 가능하게 만든다.

**트레이드오프**: 사용자는 기존 Abaqus input file을 그대로 사용할 수 없을 수 있다. 대신 지원 범위와 실패 원인이 명확해진다.

### ADR-004: Domain, AnalysisModel, DofManager, AnalysisState를 분리한다
**결정**: `Domain`은 입력 모델 정의를 소유하고, `AnalysisModel`은 현재 step의 실행 view를 제공하며, `DofManager`는 equation numbering과 constrained/free mapping을 전담하고, `AnalysisState`는 해석 중 변하는 물리량을 소유한다.

**이유**: 모델 정의, step activation, equation system, transient/nonlinear state가 섞이면 parser, assembler, solver, result writer가 강하게 결합된다. 분리된 상태 모델은 선형 정적 해석에서 시작해 비선형, 동적, thermal coupling으로 확장하기 쉽다.

**트레이드오프**: 초기 class 수가 늘어난다. V0에서는 interface를 얇게 유지하고 실제 선형 정적 frame에 필요한 state만 구현한다.

### ADR-005: 공식 결과 파일은 HDF5로 하고 reference 결과는 Abaqus CSV로 둔다
**상태**: HDF5 authoritative output 결정은 유지하며 reference bundle governance 부분은 ADR-019로 대체됨.

**결정**: FESA solver의 authoritative result output은 `results.h5` HDF5이다. Abaqus reference results는 기능별 reference model contract가 지정한 `reference/<model-id>/` 아래 CSV 파일로 저장하며, verification은 FESA HDF5 rows와 Abaqus reference CSV rows를 documented IDs, components, units, coordinate system, step/frame identity, tolerance 기준으로 비교한다. 신규 reference는 canonical 파일명을 사용하고, 승인된 기존 bundle의 legacy alias는 해당 기능 계약에 정확한 경로를 기록한 경우에만 허용한다.

**이유**: 구조해석 결과는 step/frame, field/history, node/element/integration point location, units, coordinate system, schema version을 함께 가져야 한다. HDF5는 이 계층 구조와 metadata를 안정적으로 표현한다.

**트레이드오프**: reference comparison은 FESA HDF5 dataset identity와 Abaqus CSV row identity를 모두 관리해야 한다. FESA HDF5에서 추출한 deterministic CSV view는 디버깅/검토용 보조 artifact로 허용하지만, 공식 solver output이나 reference artifact로 취급하지 않는다.

### ADR-006: 해석 알고리즘과 수치 backend는 Strategy와 Adapter 경계 뒤에 둔다
**결정**: `Analysis`, `LinearSolver`, `TimeIntegrator`, `ConvergenceCriteria`는 Strategy로 구성하고, MKL, TBB, HDF5 API는 adapter 계층 뒤에 둔다. `Vector`는 contiguous `double`, `Matrix`는 row-major contiguous `double`을 소유하고 dense 연산은 MKL CBLAS를 사용한다. `SparseMatrix`는 이들과 상속 관계가 없는 0-based CSR 전용 타입이며, PARDISO factorization과 substitution은 `LinearSolver` 경계 뒤에서 분리한다.

**이유**: 선형 정적, 비선형 정적, 동적, frequency, heat transfer 해석은 공통 흐름을 공유하지만 알고리즘과 backend가 다르다. 외부 API를 core에 노출하면 테스트 double, backend 교체, dependency review가 어려워진다.

**트레이드오프**: 단일 기능만 구현할 때는 adapter가 다소 장황해 보일 수 있다. Row-major dense storage와 CSR sparse storage를 따로 유지해야 하지만 backend 의존성과 dense/sparse 의미가 core 모델에 섞이지 않는다.

### ADR-007: Analysis 실행 흐름은 Template Method로 고정한다
**결정**: `Analysis::run()`은 공통 lifecycle을 고정한다. 선형 정적 V0의 순서는 `parse input -> initialize Domain -> build AnalysisModel -> build DOF map/sparse pattern -> assemble stiffness -> partition constraints -> factorize Kff -> assemble load -> form effective RHS -> substitute -> reconstruct displacement -> recover results -> write HDF5`다. 강성행렬 factorization은 하중벡터 조립보다 먼저 수행하고, factorization과 substitution을 하나의 불투명한 solve 호출로 합치지 않는다.

**이유**: 해석 procedure가 늘어나도 공통 실행 순서가 유지되어야 검증, logging, result writing, failure classification이 일관된다. Factorization과 substitution을 분리하면 동일 강성행렬에 여러 RHS를 적용할 수 있고 각 실패 단계를 구조화된 diagnostic으로 분류할 수 있다.

**트레이드오프**: 특수 해석 절차가 공통 흐름에 맞지 않는 경우 hook point가 필요하다. 초기에는 선형 정적 해석을 기준으로 최소 hook만 둔다.

### ADR-008: Sparse assembly는 deterministic COO-to-CSR 경로로 시작한다
**결정**: 초기 assembly는 element-local contribution을 COO triplet으로 수집한 뒤 CSR로 finalize한다. MKL PARDISO backend는 CSR input contract를 받는다.

**이유**: CSR은 MKL PARDISO와 잘 맞고, COO-to-CSR 경로는 구현과 테스트가 명확하다. deterministic reduction은 reference comparison의 재현성을 지킨다.

**트레이드오프**: 대규모 모델에서는 메모리와 변환 비용이 생길 수 있다. 성능 문제가 실제로 확인되면 typed batch assembly 또는 kernel 분리를 추가한다.

### ADR-009: TBB 병렬화는 element-local computation부터 적용한다
**결정**: 첫 oneTBB 적용 지점은 element-local matrix/residual 계산이다. 전역 sparse write는 thread-local buffer 또는 deterministic reduction으로 제한한다.

**이유**: element-local 계산은 독립성이 높고 병렬화 효과가 명확하다. 전역 sparse matrix에 직접 병렬 write하면 재현성, race, ordering 문제가 생긴다.

**트레이드오프**: 초기 병렬화 범위가 제한된다. MKL 내부 thread와 TBB task arena의 oversubscription 정책을 별도로 문서화해야 한다.

### ADR-010: Abaqus reference artifact는 사람이 생성하거나 명시 승인된 절차로만 갱신한다
**상태**: Artifact read-only 및 실행 제한은 유지하며 metadata/provenance/naming 계약은 ADR-019로 대체됨.

**결정**: Agent는 Abaqus, Nastran 또는 reference solver를 직접 실행하지 않는다. reference artifact 생성, 수정, 복원은 명시 승인된 phase에서만 수행한다. 모든 bundle의 provenance, generator/version, units, coordinate system, step/frame identity, schema, tolerance와 limitations는 승인된 기능별 Reference Model Contract에 기록한다. `metadata.json`은 선택 reference artifact이며, 부재만으로 bundle을 불완전하다고 판정하지 않는다. 파일이 존재하면 read-only 보조 자료로 inventory하고 계약 및 실제 artifact와 일치하는지 확인하며, 충돌은 숨기지 않고 upstream 계약 문제로 보고한다. 승인된 `cantilever-beam-b33` legacy baseline의 space-containing filename과 `README.md` N/A 예외는 유지한다.

**이유**: reference 결과는 solver correctness의 기준이다. 생성 절차가 불명확하면 구현 결함과 reference artifact 오류를 구분할 수 없다.

**트레이드오프**: Reference Model Contract가 필수 provenance의 단일 source of truth가 되어 별도 JSON 파일 없이도 bundle을 사용할 수 있다. 선택 `metadata.json`이 계약과 중복될 수 있으므로 존재 시 일관성 검사가 필요하다. Legacy filename과 `README.md` 예외는 일반 artifact 규칙을 복잡하게 하지만 exact path와 source commit을 고정하고 read-only로 취급해 감사 가능성을 유지한다.

### ADR-011: 구형 단일 검증 진입점 계약을 폐기한다

**상태**: ADR-012로 대체됨.

**결정**: 삭제된 legacy validation entry point, legacy Python test discovery, 환경 변수 기반 command override를 Harness의 기본 검증 계약으로 사용하지 않는다.

### ADR-012: Harness는 계획, 실행, Hook 검증의 세 계층으로 운영한다

**결정**: 계획은 `.agents/skills/harness`, Step 실행과 Git 상태 관리는 `scripts/execute.py`, 도구 호출 전 정책과 종료 전 검증은 `.codex/hooks.json`에 연결된 `scripts/hooks/`가 담당한다. C++ production 변경은 관련 테스트 파일이 있어야 하며, 실제 RED 실패와 GREEN 성공은 같은 Step 안에서 확인한다. Stop은 `.harness/config.json` 또는 자동 감지 결과로 전체 MSVC build/test를 검증한다. Harness Python 변경은 `uv run --with pytest python -m pytest -v -rs`로 검증한다.

**이유**: 테스트 파일 존재 검사, TDD 실행 증거, 전체 build/test는 서로 다른 책임이다. 이를 분리하면 Hook이 보장하는 범위를 과장하지 않으면서 Step 종료 시 green 상태를 강제할 수 있다.

**트레이드오프**: PreToolUse만으로 구현 전 RED 실행을 증명할 수 없으므로 Implementation report에 RED/GREEN 명령과 결과를 기록해야 한다. C/C++가 없는 저장소는 Stop이 통과하므로 Harness Python 검증은 별도 acceptance command로 유지한다.

### ADR-013: V0 선형 정적 해석은 단일 step B33 Euler beam으로 제한한다

**결정**: 첫 end-to-end 제품 기능은 입력 파일당 하나의 `*STEP, *STATIC`을 해석하는 2절점 3D Euler–Bernoulli beam이다. Abaqus `TYPE=B33`만 이 요소로 매핑하고 B31은 `unsupported-element-formulation`으로 거부한다. `*PART/*ASSEMBLY/*INSTANCE`는 여러 identity instance와 stable source identity를 지원하지만 instance transform, nested assembly, 다중 step은 지원하지 않는다. Output-request keyword는 승인 allowlist에서 warning 후 no-op 처리하고 FESA 기본 HDF5 결과는 항상 생성한다.

**이유**: B31은 transverse shear deformation을 포함하므로 Euler–Bernoulli 정식화와 의미가 다르다. 단일 step과 identity instance로 범위를 제한하면 parser wrapper, source identity, assembly, 해법 및 결과 복구를 end-to-end로 검증하면서 의미를 왜곡하지 않는다.

**트레이드오프**: 기존 Abaqus 모델 중 B31, instance transform, 다중 step 또는 `*DLOAD`를 사용하는 입력은 거부된다. 이후 기능은 별도 요구조건과 formulation/reference gate를 거쳐 추가한다.

### ADR-014: B33 cantilever baseline은 component-scale 혼합 tolerance로 비교한다

**결정**: `reference/cantilever beam/`의 B33 input, displacement CSV, reaction CSV, elemental-force CSV를 V0 reference baseline으로 사용한다. Displacement와 reaction은 node identity로, section resultant는 CSV node station과 정규화된 FESA element endpoint로 비교한다. 같은 model, step/frame, quantity, component에 대해 `reference_scale = max(abs(reference rows))`를 계산하고 모든 row에 `absolute_floor + 1e-6 * reference_scale`을 적용한다. SI displacement/rotation absolute floor는 `1e-9`, force/moment floor는 `1e-3`이다. Beam stress는 출력하되 Abaqus stress reference comparison은 N/A다.

**이유**: 자유단 moment처럼 이론적으로 0인 값에는 행별 상대오차가 정의되지 않으며 Abaqus 결과에 작은 수치 잔차가 남을 수 있다. Component scale을 사용하면 전체 물리량 크기에 비해 작은 잔차를 허용하면서 각 row를 결정적으로 판정할 수 있다.

**트레이드오프**: 큰 component scale은 zero row의 허용폭을 넓힌다. 이를 완화하기 위해 quantity와 component를 섞지 않고 Abaqus 값만 scale에 사용하며, 모든 row의 absolute/normalized error와 worst row를 보고하고 누락·추가·nonfinite row를 tolerance 전에 실패시킨다.

### ADR-015: 외부 CMake target을 FESA 경계로 정규화하고 Windows runtime closure를 명시한다

**결정**: MKL, TBB, HDF5 CONFIG package가 제공하는 target은 dependency module에서
`Fesa::MKL`, `Fesa::TBB`, `Fesa::HDF5`로 정규화한다. Product target은 이 경계만
`PRIVATE` link하고 public header에 vendor/Win32 type을 노출하지 않는다. Approved Windows
환경에서는 packaged shared HDF5 C target을 우선하며, CLI와 test executable 옆에 TBB,
MKL, OpenMP, Intel math runtime, HDF5를 포함한 실제 runtime DLL closure를 POST_BUILD로
stage한다.

**이유**: Package version이나 shared/static variant에 따라 imported target 이름과 숨은
runtime dependency가 달라질 수 있다. Configure와 link 성공만 확인하면 GoogleTest
discovery 또는 배포된 CLI가 `0xc0000135`로 실패할 수 있다. FESA-owned target과 명시적
runtime closure는 module code와 실행 환경을 package 세부사항에서 분리한다.

**트레이드오프**: Windows staging CMake가 길어지고 새 dynamic dependency마다 runtime
audit가 필요하다. 대신 개인 설치 경로를 source에 하드코딩하거나 developer `PATH`에
의존하지 않고 build tree executable을 재현 가능하게 실행할 수 있다.

### ADR-016: 결정론과 failure atomicity를 correctness contract로 취급한다

**결정**: Parallel element 계산은 index별 독립 buffer만 쓰고, COO tuple ordering과
floating-point sum은 join 이후 고정된 serial 순서로 수행한다. Result recovery, solver
output, HDF5 writer는 candidate를 완성·검증한 뒤 caller-owned state 또는 final file에
commit한다. HDF5는 same-directory temporary file을 checked close/reopen한 후에만 atomic
finalization한다.

**이유**: Reference comparison과 물리 검토는 row identity와 작은 수치 차이에 민감하다.
Thread scheduling 또는 중간 실패가 sparse bytes, result order, 이전 output을 바꾸면 같은
입력에 대한 evidence를 신뢰할 수 없다.

**트레이드오프**: Serial reduction과 candidate copy가 throughput과 memory를 더 사용할 수
있다. 성능 최적화는 동일한 ordering, failure preservation, reference 결과를 증명할 때만
대체할 수 있으며, nondeterministic global sparse write는 허용하지 않는다.

### ADR-017: Essential constraint는 stable elimination으로 적용하고 reaction은 full residual로 정의한다

**결정**: V0는 DofManager의 stable free/constrained order로 full stiffness를
`Kff/Kfc/Kcf/Kcc`로 분할하고 `Kff * df = Ff - Kfc * dc`를 푼 뒤 full displacement를
복구한다. 모든 DOF가 constrained인 모델의 `0 x 0 Kff`는 유효한 trivial factorization과
empty substitution이다. Recovery의 full residual `r = K*d - F`를 reaction vector로
보존하며 constrained entry는 physical reaction, free entry는 equilibrium evidence다.

**이유**: Equation numbering과 prescribed displacement를 한 owner가 관리하면 nonzero
constraint, no/all/mixed constraint가 같은 수식과 stable order를 사용한다. Full residual은
element end action을 별도로 합산하는 경로보다 조립·하중·해법 전체의 equilibrium을 직접
검증한다.

**트레이드오프**: Full K와 네 partition을 유지하는 메모리 비용이 있고 reaction vector의
free entry가 정확한 0이라고 가정할 수 없다. V0에는 penalty, MPC, Lagrange multiplier를
혼합하지 않으며, 추가 constraint policy는 별도 formulation과 equation/output 계약을
요구한다.

### ADR-018: Kernel 존재와 제품 노출을 분리하고 계층형 검증을 요구한다

**결정**: Local element/load/recovery kernel이 존재해도 syntax, semantic Domain mapping,
analysis orchestration, mandatory HDF5와 diagnostic 계약이 연결되지 않으면 CLI 지원으로
간주하지 않는다. 검증은 unit, integration, reference comparison, physics sanity를 서로
대체할 수 없는 계층으로 유지한다. Reference가 가능하지 않은 quantity는 명시적 N/A와
analytical/schema/physics 대체 evidence를 요구한다.

**이유**: Unit test는 수식과 validation을, integration test는 lifetime과 호출 순서를,
reference comparison은 외부 solver와의 수치 일치를, physics sanity는 공통-mode 오류와
model adequacy를 검출한다. 한 계층의 성공만으로 parser exposure 또는 물리 correctness를
추론하면 지원 범위와 검증 강도가 과장된다.

**트레이드오프**: 작은 기능도 여러 계약과 evidence를 함께 준비해야 하므로 개발 속도가
느려진다. 대신 `*DLOAD`처럼 kernel은 있지만 입력에 노출되지 않은 기능, stress처럼
mandatory output이지만 Abaqus reference가 N/A인 기능을 정확하게 표현할 수 있다.

### ADR-019: Abaqus는 입력 형식과 외부 수치 reference이며 FESA 내부 동작 계약이 아니다

**결정**: FESA는 Abaqus와 독립적인 솔버다. 기능별 승인 `.inp` subset을 입력으로
사용하고, 기능이 blocking으로 선언한 FESA HDF5 quantity만 기존 Abaqus CSV와 승인
tolerance로 비교한다. Abaqus 요소 정식화, 적분, stabilization, 내부 상태와 결과 생성
절차를 재현하거나 동등하게 구현하지 않는다. Exact numerical equality는 허용되지만
내부 동작 동등성의 evidence가 아니다.

Reference case readiness에는 선언된 `.inp`, 실제 비교에 필요한 CSV, deterministic
source-ID/component matching과 tolerance만 필요하다. 기존 path와 filename을 그대로
사용하며 canonical naming, legacy-alias 승인, bundle `README.md`, `metadata.json`, Abaqus
version/provenance, 중복 units/coordinates/model/step/frame/material/section 정보와 CSV schema
version은 요구하지 않는다. Reference artifact는 계속 read-only이며 누락, 추가, 중복,
nonfinite required row는 tolerance 전에 실패한다.

**이유**: Reference comparison의 목적은 FESA의 독립 정식화가 승인된 observable quantity를
충분히 가깝게 계산하는지 판정하는 것이다. 수치 비교에 사용되지 않는 artifact
거버넌스가 formulation review나 implementation planning을 차단하면 제품 검증보다 문서
형식 준수가 우선된다. 같은 정보는 `.inp`, CSV header와 feature contract에서 직접 얻을
수 있다.

**트레이드오프**: Reference 생성 환경을 사후에 완전히 재구성하는 감사 기능은 줄어든다.
대신 비교 대상과 source-row/component mapping, tolerance, artifact immutability는 유지해
false match와 결과 보정을 방지한다. 더 강한 provenance가 필요한 기능은 해당 요구조건이
명시적으로 추가할 수 있으나 프로젝트 기본 gate로 자동 승격하지 않는다.

### ADR-020: MITC4 displacement reference는 고정 절대오차로 판정한다

**결정**: Full-integration FESA-MITC4의 sole S4 reference comparison은 matched global
`U1/U2/U3` row에 고정 절대오차 `1.0e-5`를 적용해 pass/fail을 판정한다.
`UR1/UR2/UR3`도 고정 절대오차 `1.0e-5`로 비교하지만 초과는 deterministic warning만
생성한다. Reference scale은 보고용 통계로 남을 수 있으나 MITC4 row tolerance 또는
normalized error의 분모를 결정하지 않는다. ADR-014의 B33 component-scale 혼합
tolerance는 변경하지 않는다.

**이유**: Abaqus S4는 FESA-MITC4와 동일한 요소 정식화가 아니므로 B33에서 승인한 매우
엄격한 component-scale tolerance를 그대로 재사용하는 것은 독립 솔버의 observable
displacement 검증 목적에 맞지 않는다. 고정 절대오차는 현재 사용자 단위계에서 승인된
차이를 명시적으로 제한하면서 zero clamp나 row omission 없이 모든 displacement row를
동일하게 판정한다.

**트레이드오프**: Model scale이 크게 달라지면 고정 절대오차의 상대적 엄격도가 달라질 수
있다. 따라서 이 값은 현재 승인된 MITC4 S4 case의 기능 완료 기준이며 개발 완료 후
별도 reference-verification evidence와 함께 재점검한다.
