经过Evan Yares,高级编辑
高性能云计算的可用性是否有助于推动CAE工具的使用?
计算机辅助工程(CAE)最大的问题是使用它的人太少了。原因有很多,但最重要的是钱。CAE软件许可证,以及用于运行CAE软件的大型计算机,可能都很昂贵。
也许CAE的资金问题的答案在于云计算。或者,准确地说,在云计算中。
从技术角度来看,CAE供应商支持云计算的挑战并不大。大多数主要CAE系统都支持了很长一段时间的高性能计算(HPC)集群。集群和云只有在其实施的详细信息中。(群集使用具有快速互连的快速计算机。云包括控制系统的配置的软件。)
CAE供应商采用几种不同的方式来支持云计算,主要是在许可条款和可伸缩性方面有所不同。下面是一些有趣的例子。
免费CAE,廉价计算
云CAE最引人注目的选择之一是OpenFOAM和AmazonEC2的结合。
OpenFoam是一个知名的免费开源(GNU通用公共许可证)系统,用于解决连续式机械问题。它具有广泛的特征,可以解决涉及化学反应,湍流和传热的复杂流体流动,以及固体动力学和电磁。OpenFoam附带的是80多个求解器应用程序,以及超过170个实用程序应用程序,用于预处理和后处理。
在俄亥俄超级计算机中心进行的仿真中,在Buckeye子弹子弹电池供电的气流下,300英里/小时在车轮井(上方)上安装在车轮井前的风偏转器(以上)安装有风偏转器(以下)。openfoam的CFD仿真,通过Paraview后处理。
OpenFOAM与其他开源CAE应用程序的一个区别在于,它得到了非营利组织(OpenFOAM基金会)和商业组织(ESI集团)的支持。因此,该软件不仅定期更新,而且得到了良好的支持。ESI在世界各地为OpenFOAM提供培训课程。
OpenFOAM的设计初衷是实现并行性,在共享内存(如多核CPU)和分布式内存(如群集和大规模并行计算机)方面都提供了良好的性能。它的扩展能力远远超过了至少1000个内核。
包括OpenFOAM在内的大多数并行优化CFD系统,在具有大量RAM的计算集群上运行时提供了最佳性能,并具有快速的I/O性能。典型的公共云(例如来自Amazon、Rackspace和谷歌的云)使用标准的千兆以太网连接它们的节点。对于大多数应用程序来说,这可能已经足够快了,但在运行CAE软件时,这可能是一个瓶颈。
在俄亥俄州超级计算机中心的模拟运行中,七叶树子弹电池驱动的陆地速度车辆上的一个车轮的孤立视图显示了车辆以300英里/小时的速度行驶时,车轮槽内的气流。通过OpenFOAM进行CFD模拟,并通过Paraview进行后处理。
几年前,Amazon在其弹性计算云(EC2)中引入了一种特殊形式的云实例,专门为支持高性能计算(HPC)而设计。“集群计算8个超大实例”使用两个Intel Xeon E5-2670八核“Sandy Bridge”处理器,具有60.5 GB内存和10gigabit Ethernet I/O。您可以使用任意数量的这些实例(根据可用性),每个实例每小时收费2.40美元。
亚马逊EC2的运行速度有多快?截至去年6月,使用17024核和65968 GB内存的亚马逊EC2集群被评为世界上速度第72快的超级计算机,性能达到354.1万亿次。
虽然,对于大多数CAE运行,它可能没有意义于提供1064台计算机实例 - 这是获得17024核心所需的是,如果您需要,这是您可以的重要点。(Though, to be fair, if you’re regularly running massively large simulations, you should probably consider the economics of buying your own cloud/cluster. A nice 1000 computer cluster, with all the whistles and bells, ought to set you back about $10 million or so.)
按使用付费
对于那些更喜欢完全支持的解决方案的人,云服务和软件中有各种选项。
虽然主流云服务公司,特别是亚马逊,有能力支持CAE应用程序,但这并不是他们拥有大量内部专业知识的领域。为此,您需要寻找专门从事HPC云计算的公司。
这类公司的一个例子是Sabalcore,它为OpenFOAM、CD-Adapco的STAR-CCM+和ANSYS HPC(包括Fluent和CFX)提供托管和支持。Sabalcore的HPC按需服务运行在专门为高性能计算设计的Linux集群上。这些节点是“裸金属”(没有来自虚拟化的开销),并通过InfiniBand (HPC中常用的交换fabric通信链路)连接。每个处理器核心小时的成本在0.20美元到0.29美元之间。
STAR-CCM+是一个具有特别友好的云许可方案的产品的好例子。STAR-CCM+/Power-on-Demand产品允许在无限数量的核上按小时访问。每个许可证都允许访问内部集群或云计算服务上的无限计算资源,会话数无法计算。按需供电实质上为用户提供了无限的模拟突发容量。
CAE是一种服务
传统的CAE供应商可能支持云计算,但一般来说,其条款与他们通常提供的没有太大区别。Autodesk已决定提供在云上运行的CAE作为一项服务。
Autodesk有三条CAE产品线:机械(应力、振动和运动)、CFD(流体流动和热)和MoldFlow(非常著名的塑料注射成型模拟工具)。所有这些都可以在simulation 360中获得。(360是Autodesk基于云的软件即服务产品的品牌。)
仿真360产品几乎完全相同的桌面等价物。它们的主要区别在于它们的求解器运行在云上,而不是在本地计算机上。使用仿真360,当你按下“解决”按钮时,预处理的网格就会通过互联网发送到欧特克云,在那里进行处理。统一的作业管理器提供模拟状态的实时反馈。当它完成时,结果被下载到本地工作站上。
Autodesk Simulation 360以年度订阅的形式提供,有几个选项:
机械和CFD,包括多达120个工作岗位,每年3600美元
•机械和CFD,包括无限岗位,每年7200美元
•机械、CFD和MoldFlow,包括多达120个职位,每年10000美元
•10个工作容量包,100美元
在初始版本中,Autodesk提供了标准级别的解算器性能。当一个作业被发送到云端时,它就相当于在一台高性能8核计算机上运行。这并不是因为Autodesk的解算器缺乏在群集上运行的能力。只是这是Simulation 360的第一个版本,Autodesk希望保守一些。将来,Autodesk很可能会提供在大型群集上运行解算器的选项。
将Autodesk仿真360与其他基于云的CAE选项区分开的一件事是其特殊适用于设计工程师(除分析师之外。)Autodesk是一个CAD公司的Autodesk。它很自然,它的CAE产品将被调整为CAD用户的需求。
云是如何改变事情的?
云计算不是万能药。至少有两个合理的理由反对它。首先是数据安全问题。一些公司制定的政策根本不允许其工程数据进入防火墙之外。尽管云计算提供商通常有非常好的安全策略和实践。第二个问题是,在大型模拟中,与云之间的数据传输可能是一个问题。一些大型CFD分析可以生成大量数据。许多千兆字节。
这些问题通常是可以克服的——但重要的是要知道它们的存在。
对于大多数CAE程序,在云上运行的好处归结为可扩展的性能,而无需购买和管理计算集群。它改变了计算环境的经济性,而不是软件的经济性。对于Autodesk Simulation 360,其好处是不同的:它以较低的订阅价格提供了易于访问的仿真工具,无需购买高端计算机即可在其上运行。
Autodesk Simulation 360值得一看,因为它可能有助于在新的用户类别中促进CAE工具的使用。就成功的程度而言,它很可能会激励模仿者。
Sabalcore.
www.sabalcore.com.
CD-Adapco.
www.cd-adapco.com.
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没有提着企鹅计算。企鹅在过去的2年里有一个HPC云服务,而CAE在云中是我们最快的发展部门。我们是LSTC,ANSYS和CD Adapco的合作伙伴,客户在我们的HPC云上运行LS Dyna,Fluent和Starccm +。全HPC支持包含在我们的服务中。我们的定价可以低于上述内容。我们还刚刚安装了500强集群和财富50个制造商。- 凯瑟琳·普雷莱,企鹅