Comsol Multiphysics多物理场耦合单机与集群配置推荐2021v2

UltraLAB

2021年3月12日 11:33

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本文的硬件配置推荐方案更新日期为2021/03/09日

COMSOL公司是全球多物理场建模与仿真解决方案的提倡者和领导者，Comsol Multiphysics是采用有限元方法求解偏微分方程的大型仿真软件.借助这个软件工具，使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。它有无与伦比的能力，使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。

Comsol Multiphysics求解类型
A1稳态Stationary
A2 瞬态Time-Dependent
A3 特征值Eigenvalue
A4 参数化Parametric
A5 稳态分离式Stationary segregated
A6 瞬态分离式Time dependent segregated

Comsol Multiphysics求解器两大类
B1直接求解器 UMFPACK、SPOOLS、PARDISO、Cholesky（TAUCS）等
B2迭代式求解器 GMRES、FGMRES、共轭梯度法CG、BICGStab和粗化求解器等

真实测试数据

分析：由于我们知识局限于计算机硬件，对行业应用软件算法（不同的求解器）特点了解肤浅，因此，通过运行典型算例在不同硬件配置上，观测求解时间和中间过程单多核并行特点，找到最佳硬件配置方案是一个有效实用的方法，

测试1：算例（瞬态，约58万自由度）测试，在多核（4核、6核、8核、16核、28核）测试结果看到，Comsol Multiphysics多物理场耦合，到8核多核并行计算加速比最高，也是性价比最高，CPU核数再提升，性能幅度很低，

测试2：算力（稳态，600万自由度）测试，8核还是最佳的，单机计算时间过长，承受太重，建议用集群方式求解

厂家针对硬件配置相关描述（虽然非常详细，但关键的地方也验证了我们的测试数据，文章中提到求解器PARDISO多核并行提升，可以增加CPU核数，提升性能）：
https://cn.comsol.com/support/knowledgebase/866/

计算规模划分与硬件配置推荐

NO	自由度规模	推荐计算架构	推荐配置
1	小于300万	单机计算	8核@4.7GHz/64GB~256GB/
2	150万~500万	集群计算	4个计算节点(32核@4.7GHz)/IB网络
3	500万~1000万	集群计算	8个计算节点(64核@4.7GHz)/IB网络
4	1000万~2000万	集群计算	16个计算节点(128核@4.7GHz)/IB网络

上述配置规格，应该是目前最快的硬件配置架构，欢迎远程测试验证

UltraLAB硬件配置方案推荐（报价日期2021/03/09）

（1）基于单机架构多物理场耦合仿真计算硬件配置推荐
求解规模：小于300万自由度

NO	型号	主要配置	报价	备注
1	UltraLAB H380 14864-SAA	Intel 第9代高频处理器（8核@4.8Ghz）/64GB DDR4 3000/Quadro P620 2GB /960GB SSD+4TB SATA企业级/塔式(750W)/23寸图显	24800	高性价比
2	UltraLAB H380 150128-SAA	Intel 第10代高频处理器（10核@5.0Ghz）/128GB DDR4 3000/Quadro P620 2GB/1.9TB SSD+6TB SATA企业级/塔式(750W)/23寸图显	35000	小规模高速计算型
3	UltraLAB AX410 146192-SBB	Intel 第10代至尊处理器（10核@4.6Ghz）/192GB DDR4 3000 /Quadro P1000 /1.9TB SSD +6TB SATA企业级/塔式(750W)/23寸图显	45500	小规模计算增强型
4	UltraLAB AX410 142384-PCB	Intel 第10代至尊处理器（18核@4.2Ghz）/384GB DDR4 2666/Quadro P2200 /4TB PcieSSD +10TB SATA企业级/塔式(750W)/23寸图显	69990	小规模计算多任务型
5	UltraLAB Alpha730 443384-PCC	2颗Xeon 金6244处理器（共计32核@4.3Ghz）/384GB DDR4 2933/Quadro M4000/4TB PcieSSD +10TB SATA企业级/双塔式(1600W冗余，静音级)/32寸-2K图显	192000	大规模高速计算型
6	UltraLAB Alpha730 441768-PCB	4颗Xeon 金6246处理器（48核@4.1Ghz）/768GB DDR4 2933 /Quadro P2200/4TB PcieSSD +12TB SATA企业级/双塔式(1600W冗余,静音级)/32寸-2K图显	226000	大规模计算高速计算完美
7	UltraLAB Alpha730 443768-PCC	4颗Xeon 金6256处理器（48核@4.3Ghz）/768GB DDR4 2933 /RTX4000/4TB PcieSSD +16TB SATA企业级/双塔式(1600W冗余,静音级)/32寸-2K图显	275000	超大规模计算极致完美型
8	UltraLAB Alpha730 4391T-PDC	4颗Xeon 金6254处理器（72核@3.9Ghz）/1.5TB DDR4 2933 /RTX4000/1.9TB SSD/6TB PcieSSD/16TB SATA企业级/双塔式(1600W冗余,静音级)/32寸-2K图显	299900	多任务多用户团队超算型

（2）基于集群架构多物理场耦合仿真计算硬件配置推荐

推荐方案1
集群型号：UltraLAB CT400 50C46-960
集群规模：5个计算节点（50核*4.6GHz ，960GB DDR4）
求解规模：150万~500万自由度
配置明细：

NO	货物名称	型号	数量	单价	小计
（一）硬件设备
1.1	计算服务器	10核@4.6Ghz+水冷散热/192GB DDR4 /QK420/960GB SSD企业级/4U机架式(750W)/56Gbps IB网卡/无显示器	5套	37000	185000
1.2	主控服务器	2颗Xeon 银4214（24核@2.6GHz）/192GB /Quadro P1000/960GB+6.4TB高速缓存盘/42TB并行存储/4U机架式（1500w）/双56GB IB网卡/23寸图显	1套	93500	93500
1.4	计算交换机	迈络思IB交换机12口@56Gbps	1台	35000	35000
1.5	管理交换机	24口千兆电口	1台	1100	1100
1.6	KVM切换器	8口，HDMI接口	1台	2350	2350
1.7	机柜	42U，服务器级，插排，托盘	1台	5500	5500

（二）集群系统
2.1	操作系统
2.2	作业调度软件	UltraLAB PSS作业调度软件（5节点）	1套	50000	50000
2.3	求解器

合计：￥372,450元

推荐方案2
集群型号：UltraLAB CT400 100C47-2T
集群规模：10个计算节点（100核*4.6GHz ，1.92TB DDR4）
求解规模：600万~1000万自由度
配置明细：

NO	货物名称	型号	数量	单价	小计
（一）硬件设备
1.1	计算节点	10核@4.6Ghz+水冷散热/192GB DDR4 /QK420/960GB SSD企业级/4U机架式(750W)/56Gbps IB网卡/无显示器	10套	37000	370000
1.2	存储节点	2颗Xeon 银4214（24核@2.6GHz）/192GB /Quadro P1000/960GB+6.4TB高速缓存盘/42TB并行存储/4U机架式（1500w）/双56GB IB网卡/23寸图显	1套	93500	93500
1.4	计算交换机	迈络思IB交换机12口@56Gbps	1台	35000	35000
1.5	管理交换机	24口千兆电口	1台	1100	1100
1.6	KVM切换器	16口，HDMI接口	1台	4800	4800
1.7	机柜	42U，服务器级，插排，托盘	2台	5500	11000

（二）集群系统
2.1	操作系统
2.2	作业调度软件	UltraLAB PSS作业调度软件（10节点）	1套	100000	100000
2.3	求解器

合计：￥615,400元

常见问题
1）为什么Comsol Multiphysics运行CPU使用率只能到4%
答：很多求解是单线程的，或求解过程的某个阶段，是单线程的，这是正常的

2）Comsol Multiphysics怎样选择CPU
答：不同求解器有不同的多核并行计算特点，具体情况具体分析，参考测试数据

3）Comsol Multiphysics运行为什么会内存不够
答：网格划分过细过大，造成数据计算规模大，超出内存容量，通过优化或简化模型可以降低计算量，少占用内存

4）Comsol Multiphysics求解速度为什么这么慢
答：可能原因CPU核数、频率不合理，也可能是内存容量不够，如果是集群，网络延迟大，另外跟网格划分过细有关系，计算量太大，算不动，具体情况具体分析

5）为什么在超级计算机系统上运行求解计算，还不如单机快
答：多核并行有限度，超级计算机cpu核数多，但频率普遍太低（通常不超过3GHz），某些计算需要有限多核和高频（越高越好），才是最理想的计算架构，另外也可能软件授权的核数有限制

如果你用大品牌机器，跑程序计算不理想或对其专业服务不满意，可以看看我们的方案，也可以通过测试体验，我们可以针对不同的计算规模或预算，量身定制出最快的硬件配置架构，欢迎技术咨询

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