Yüksek hacimli Hesaplama Neden CAE Workflows Dönüştürüyor
Modern mühendislik örgütleri, ürünleri aynı anda maliyetleri azaltır ve güvenlik marjlarını geliştirirken daha hızlı pazarlamaya zor baskı yapıyor. Bilgisayar destekli mühendislik (CAE) simülasyonu, daha karmaşık ve düzenleyici talepleri daha sıkı hale getiriyor, geleneksel iş akışı tabanlı simülasyon yaklaşımları genellikle kısa sürede hızla düşüyor. Yüksek performanslı hesaplamalar (HPC), mühendislik ekiplerinin basitleştirilmiş modellerin ötesine geçmelerine izin veren ve koarse ağlarının gerçek dünya fiziğini tedavi etmesine izin veren kritik olanaklar olarak ortaya çıktı.
Yüksek hacimli Hesaplama Mimarilerini Anlamak
Yüksek performanslı GPU, birçok işlemci veya çekirdekin aynı anda birden fazla CPU veya GPU içeren, yüksek bant genişliği ile, InfiniBand veya yüksek hızlı Ethernet ile ilgili olarak, karmaşık sistemlere göre daha küçük bir akışla, yüksek çözünürlükte sabitlenen iki devrede daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan büyük bir simülasyona yol açan dinamik sistemlere göre daha küçük bir şekilde ayarlanan sistemlere sahiptir.
HPC'de bulunan Anahtar Mimari Bileşenler
- [FONT=0)Compute nodes:[Döneticileri ve hafızaları, modern sistemlerle genellikle 64 temel veya daha fazla node sunan çift-socket CPUsları ile.
- [FONT=0) Yüksek hızlı bağlantılar: InfiniBand HDR veya NVIDIA Mellanox gibi teknolojiler, mikrosaniye düzeyinde geç saatlere kadar, yüzlerce düğümün üzerinde ölçeklendirme simülasyonları için kritik olan 200-400 Gbps sağlar.
- [FONT:0]Parallel dosya sistemleri:[Dönetici:[Dönetici:0) Lustre veya GPFS gibi çözümler, I/O şişencks olmadan aynı anda simülasyon verileri okumak ve yazmak için birçok işlem düğümü sağlar.
- [FONT:0)İş programları: [Dönetici: [Dönetici:0) SLURM veya PBS Pro, kümedeki queuing ve kaynak tahsisini yönetir, verimli kullanım sağlar.
- [FONT:0)GPU hızlandırıcılar: [Dönetici: [Dönetici: 1]Demokrat A100, H100 veya AMD MI300X GPUs, matrix operasyonları ve PDE diskretizasyonları için büyüklükler ile çözümleyici çekirdekleri hızlandırabilir.
HPC CAE Simülasyon Yaşam döngüleri nasıl hızlanıyor
HPC'nin CAE üzerindeki en acil etkisi, birkaç temel şekilde tasarım değişkenleri arasında duvar saatlerini azaltmaktadır. 16-core iş istasyonu üzerinde 80 saat süren bir araç kazasından daha fazla ölçüm için 3 saat sonra tamamlanabilir.Bu hızlama, mühendislik iş akışlarını birkaç temel şekilde etkilerken nasıl etkiler. ayrıca HPC, tasarım değişkenlerini önceden optimize etmek için önceden belirlenmiş bir şekilde yapılandırabilir bir şekilde, tasarım alanını daha kapsamlı bir şekilde inceler. Monte Carlo simülasyonları, ölçümleme için 3 saat boyunca başarıyla tamamlanabilir.Bu hızlamalar ve malzeme özellikleri ve malzeme özellikleri nasıl etkiler.
Paralel Scaling Davranış
Tüm simülasyon kodları, HPC uygunluk değerlendirme için eşit derecede iyi değildir. Modern CAE, Ansys Fluent, Sim STAR-CCM+, OpenFOAM ve Abaqus'ın çok sayıda problem tipi için ölçeklendirmeye devam ettiği yerde, daha fazla hıza sahip olduğu yerde, daha fazla hıza sahip olan performanslarını düzeltmeye karar verir.
HPC'nin Ayrılma Sonuçları Nereden Sunduğu Vakaları Kullanın
Havacılık: Saatler içinde Full-Aircraft Aerodynamics
Uçak üreticileri, yüksek performanslı cihazlarla tam bir uçak yapılandırması üzerinden ağ geçidinin 500 milyondan fazla hücreye sahip olması nedeniyle, yapıdaki mühendislerin doğrudan kanat-kimseli eklem veya yakın durgun koşullar gibi kritik yerlere karşı çıkmaları gerekir. HPC ile, tam uçak yapılandırması ile tam otomatik olarak şarj cihazları tam otomatik olarak ağlanabilir.
Otomotiv: Yüksek kaliteli Crashability ve NVH
Otomotiv mühendisliği uzun süre kaza simülasyonu için açık dinamikler üzerinde yoğunlaşmıştır, ancak araç yapıları, gelişmiş yüksek güç çelikleri, alüminyum ve karbon fiber kompozitleri, elementler dramatik bir şekilde arttı. Tam-vehicle kaza modeli genellikle 5-10 milyon element içerir, her simülasyonda 50-100 saat boyunca aynı modeli içeren karma-malzeme tasarımlarını içerir - tekrarlanan bir 512-node HPC kümede çalışan bir sonraki gürültüyü azaltır.
Enerji: Turbomakryklerin Multifizik Simülasyonu
Gaz türbinleri, rüzgar türbinleri ve pompalar sıkıca çiftleştirilmiş sıvı, termal ve yapısal fizik içerir. HPC, sabit alt kanal çözümü ile konjugate ısı transferini (CHT) analiz eder ve akışkan alan ve sağlam alan aynı anda çözülür, HPC kümeleri üzerinde dönen modeller, nükleer endüstride, HPC tabanlı enerji santralleri ile soğutmak için optimize etmek için kullanılan, güvenlik durumu geliştirme ve lisanslama. Rüzgar çiftliği geliştiricileri, HPC kümeleri üzerinde çalışan büyük şeker simülasyonları kullanır.
Biyomedikal: Hasta-Specific Cerrahi Planlama
Biyomedikal alanı, 10-50 milyon elementle ağ geçidini genellikle çözmüş olan kanallarını, milisaniyelerin belirlenmesi için zaman içerisindeki adımların kullanılması için gerekli olan temel bilgileri otomatik olarak çözmüş ve klinikler ile birlikte, klinikler için son derece karmaşık bir şekilde analiz edilmesi ve transkriptlerin çözümü için kullanılan ekseçler için uygun şekilde çözüm önerileri kullanılarak yapılır.
HPC'ye gelen engelleri CAE'de Kabul Ediyor
Açık avantajlarına rağmen, birçok kuruluş HPC'yi etkin bir şekilde CAE iş akışlarına entegre etmek için mücadele ediyor.En yaygın engeller, yazılım lisanslama maliyetleri, daha esnek ekonomi sunan yazılım HPC uzmanlığının eksikliği ve veri yönetimi karmaşıklığına sahip.Birçok ticari CAE çözücüler tarihsel olarak sürekli olarak performans profiline ihtiyaç duyuyorlar, altyapıyı tamamen faydalanıyor.
HPC'yi CAE için Kabul Eden Takımlar için En İyi Uygulamalar
- [[DÜDÜ:0) Bir kriter problemle başlayın: [DÜT:1] Profil, büyük tahsislere taahhüt etmeden önce temel performans ve ölçeklendirme özelliklerini belirlemek için küçük bir küme üzerinde bir temsilci simülasyonu oluşturur.
- [FONT:0) Ön işleme otomasyonunda en üst düzeydedir: Geometry temizlenme, ağ nesli ve sınır koşulu kurulumu genellikle simülasyon yoluyla yapılan simülasyon artışlarında şişeler haline gelir.
- [FONT:0) Yoğun olarak patlama kapasitesi stratejik olarak kullanır: [Dönetici HPC'ye sürekli devlet iş yükleri için Rezerv ve bulut HPC ile birlikte üst talep süreleri veya açıklayıcı parametrik çalışmalar için ek.
- [FONT=0)Adoptopt veri azaltma teknikleri:[Dönetici:[Dönetici:0))In situ visualization and losty kom.g., SZ veya ZFP) 10-100x tarafından mühendislikle ilgili doğruluk olmadan depolama gereksinimleri azaltılabilir.
HPC'nin AI ve Machine Learning ile entegrasyonu
HPC tarafından üretilen simülasyon veritabanında eğitim gören en umut verici gelişmelerden biri, HPC tabanlı tasarım alanları için gerçek zamanlı tasarım alanı keşfine olanak sağlar.Sesli diskler ve sinerjik uygulamaları doğrudan kaybını kullanarak, HPC tarafından üretilen bazı sorunlar için alternatif bir yaklaşım sunmak.
Dijital Twins'in Rolü
Dijital ikiz teknoloji, fiziksel varlıklar ve sanal modelleri arasındaki sürekli senkronizasyona dayanıyor. HPC, tam 3D CFD'ye karşı yüksek sadakatli dijital ikizleri mümkün kılar, sıfırdan önce bakım işlemine olanak sağlar. Bu uygulama hem de HPC'nin ham hesaplama gücü ile ilgili olarak, COE devreleri ile ilgili olarak, büyük bir mühendislik akışına karşı kesintiye uğrattır.
Yazılım Ekosistem ve Anahtar Platformlar
Birkaç ticari ve açık kaynak CAE paketleri özellikle HPC ortamları için optimize edilmiştir. Ansys Fluent, bağımsız akışlar ile dağıtılmış hafıza paralel işlemlerini destekler ve akademik ve birçok endüstriyel uygulama için GPU ivme kazanabilir. ”
CAE için Ekonomik Justification ve ROI of HPC for CAE
HPC kümesinin inşa edilmesi veya kiralama önemli bir finansal taahhüt anlamına gelir, ancak yatırım geri dönüşü, daha önce iki HPC'ye karşı ölçülmüş ve üç tasarıma sahip olan HPC'ye karşı yapılan bir üretim şirketi, daha hızlı ürün lansmanıyla gelir elde etmek için her yıl 2 milyon dolar harcıyor.
HPC-Enabled Simülasyonları
Eski sistemlerin evrimleşmesi, ABD'de (Frontier at Oak Ridge Ulusal Laboratuarı) ve aşırı dalga yüklemeleri için potansiyel olarak yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan bulut tabanlı sistemlere sahip olan potansiyelleri otomatik olarak genişletecektir.