
在对一个汽车独立轴进行有限元分析时,Dana公司
将CPU从4个增加至128个后,用Abaqus6.7 进行
计算的分析时间从3 天减少到4 个小时。 实现高性能计算(HPC)的使用门槛在不断降低,这对制造物理原型之前需要对设计方案进行虚拟现实研究、计算流体动力学或结构力学研究的工程师们来说大有裨益。
高性能计算(HPC)硬件的性价比提高很快,使得原来只有资金雄厚的研究和学术机构才涉足的技术,开始推广到生产汽车配件到高端高尔夫球棒的各种主流厂商。例如五年前,一个1亿自由度的结构分析问题可能需要一个价值30万到几百万美元的超级计算机才能完成,对大多数企业来说这都不便宜。而现在,同样的仿真可以以同样或更快的速度在惠普公司或硅谷图形公司(Silicon Graphics)的普通64位台式计算机或工作组集群上运行,而价格却只有25,000美元。
同时,越来越多的公司围绕着为诸如计算机辅助工程(CAE)等特定应用开发的封装高性能计算解决方案而建立合作关系,这种关系也为该技术被中等规模的公司接受助了一臂之力。2006年11月微软在推出了Windows Compute Cluster Server 2003版本之后,紧接着在2007年11月声称将于2008年中期推出它的继任者,即Windows HPC Server 2008,硬件厂商HP以及仿真应用供应商,例如ANSYS和Presagis也开始合作开发预包装解决方案,这些方案把HPC硬件、操作系统、管理工具及特定CAE应用绑定在一起。目的是能够提供可以在传统PC机以外的机器上运行的系统,而不需要进行特别编程和稀缺的HPC管理人才介入。

ANSYS 工作台支持Windows Compute Cluster Server 2003 的工作调度程序,
这为集群上工作的启动和控制提供了现成的解决方案。 两股潮流交汇从而促进了HPC市场的繁荣。据市场调查公司IDC称,HPC服务器的销售收入在2007年的第三季度一举突破了30亿美元,同比增长18%,比上一季度增长了8.8%。IDC人员称,2003年HPC系统占服务器市场的份额是13%,而2006年的市场为26%,翻了一倍多。随着HPC系统越来越能被规模小点的公司和商业组织承受,以及跟计算机建模和仿真相比,实际实验成本的急剧提高,IDC预计HPC平台会让科学和工程的研究发生沧海桑田的变化,到2011年HPC的销售额会超过150亿美元。
“以前需要17个小时才能完成的3维传动系统仿真,而现在不到三四个小时就能完成。”
现在很容易就能进行高性能计算,并且随着管理和配置方面的很多难题被解决,主流制造商更加渴望把HPC驱动的仿真作为早期设计流程的必要部分。尤其对于像有限元分析(FEA)和计算流体力学(CFD)这些CAE应用来说,HPC系统的高性能可以让很多方面受益。一方面它保证了工程师在进行复杂仿真计算的时候有更快的周转速度,以前需要几个星期甚或几个月时间才能完成的工作,现在只需要几天,甚至只要几小时就够了。另外,HPC平台额外增加的处理功能可以让工程师进行更详细的仿真,并且可以让工程师在进行仿真之前花费更少的时间优化模型。由于周转时间缩短了,工程师们拥有更多时间对多个设计点进行仿真研究,而不需要为了解决某部分设计难题而节省仿真和开发时间。
“计算能力的提高让仿真的角色发生了转变,从寻找你为什么设计这个功能的分析性研究转变为影响早期设计阶段的真正工具,”负责ANSYS战略伙伴管理的Barbara Hutchings说。
高性价比的计算能力
据SIMULIA的首席技术官Bruce Engelmann介绍,实际上HPC在一个组织内发展尤其迅速,它对于复杂的CAE仿真方案来说是一个游戏规则的变更者,SIMULIA是Dassault Syst弇es公司的一个品牌,该公司销售Abaqus软件。此外,高性价比的计算能力可以让我们进行像非线性分析这样复杂的建模,以前软件一般尽量避免非线性分析因为它对系统性能的要求比较高,同时要求较长的开发时间。Engelmann称:“非线性分析进行的计算更多,这个问题不容易解决,你可能花6个小时就可以进行线性分析,但是要进行非线性分析的话,可能需要几天的时间。如果你在集群进行非线性计算,时间可以被缩短到5~6个小时。”
更便宜的集群HPC硬件也可以为工程师节省时间,因为不用输入预先设计好的数据来创建模型,从而充分利用了计算时间。“仿真工作的一个大头是建立模型,” Engelmann称。“HPC并不进行模型优化,你可以仿真一个从计算角度来看并不怎么优化的模型,这样你就不必进行大量的设置工作了。”
Dana