一变三Ansys仿真计算加速神器--UltraLAB PCA介绍

把一台超级工作站的性能，变成三台机器的性能，神奇不?下面我们来介绍这个PCA

(一)多核并行计算存在的问题
随着计算机硬件的不断升级换代, 超级图形工作站的CPU核数会越来越多，目前已经到112核，但是在CAE仿真计算、科学计算、计算化学等应用软件，多核并行计算的核数基本都是有限多核的，不是机器核数足够大，就能并行计算就更快，例如：HFSS理想并行计算CPU核数是28个、ABAQUS理想并行计算核数48个等。
这些仿真计算，机器核数再多，求解反倒没有缩短，甚至变慢，
现实情况是，一台超级图形工作站，虽然硬件架构和频率非常高，但最大的核数无法完美发挥其计算性能。


图1

如何更有效的利用超级图形工作站的四颗Xeon的多核和完美的内存带宽，发挥最高的计算效能，西安坤隆计算机公司专注高性能计算应用，为此开发的PCA（Parallel Computing Acclerator，并行计算加速器），工作站预装PCA，大幅提升机器多核并行计算使用率，翻倍提升计算速度。

（二）UltraLAB PCA（并行计算加速器）介绍
西安坤隆计算机公司开发出的PCA加速器，在机器配置比较多CPU核数（通常96核以上），虚拟出多台机器（每台配备根据软件并行计算的最佳核数），然后再并行计算，相当于多台物理机并行计算，充分利用软件算法特点和机器硬件配置架构，把一台机器变成多台机器并行计算，大幅提升整机仿真计算速度。


图2

2.1 PCA介绍
对于很多CAE仿真用户来说，需要尽量选用最新最合理硬件配置来进行仿真求解，同时需要尽可能地共享软件和硬件资源。例如，选用最高端工作站
4颗Xeon 铂金8380H（共计112核）/3TB DDR4 3200 RDIMM

用于ANSYS Mechanical的仿真求解，最合理的是虚拟出2台逻辑工作站（每台48核/768GB）如下图所示：


图3  Ansys EM compute resources设置



图4 提交工程进行并行计算

使用者通过UltraLAB PCA加速器，一台超级图形工作站，虚拟出2台或3台或更多台高性能工作站，对ANSYS软件进行并行仿真计算。
PCA加速器能够充分利用ANSYS软件以及计算服务器的资源，进行仿真计算作业调度和分配。


图5 测试结果

从图5汇总结果，超级工作站借助PCA加速工具，求解速度提升3倍以上，

2.2 PCA技术特点
目前大部分图形工作站都是单机并行计算模式,使用者是基于Windows单机软件开始接触和使用CAE软件的, 随着计算规模越来越大，对硬件配置要求也在不断提升，但是核多出现了并行计算效率瓶颈

PCA加速器解决了过多CPU核无法发挥的缺陷，让超级工作站的多核完美发挥出最大算力潜能，1台机器变成多台机器并行计算能力。

PCA加速器面向CAE仿真计算/科学计算/计算化学等行业，为其提供超级计算能力，同时具备后台计算资源和完善友好的作业提交管理界面，支持多用户多作业并发提交与管理。也支持双机扩展计算能力。
我们将多年的在CAE仿真计算领域的硬件配置经验，整合到PCA系统。
未来2年内，超级图形工作站总核数估计4*96=396核以上，这样的借助PCA加速器，求解速度提升幅度更大、更显著。

2.3 PCA加速器应用
PCA加速器为仿真计算（CAE）、科学计算、计算化学带来如下的价值：

• 基于Windows计算平台，让完全不熟悉Linux或集群的客户无技术屏障，更易使用；

• 支持多用户共享使用,共享软件资源和硬件资源；
  

• 支持更大范围的应用软件的并行加速应用；
  

• 可选双机扩展，大幅加速仿真；
  

• 完全免命令行提交作业和维护集群,不需要IT部门的额外费用，不需要专门的系统管理员；
  

2.4 PCA支持应用软件列表

No	软件类别	软件名称
1	结构仿真	ANSYS Mechanical、ANSYS AutoDYN、ANSYS LS-Dyna 、Abaqus、MSC Nastran
2	流体仿真	ANSYS CFX、ANSYS Fluent、StarCCM+
3	多物理场耦合	Comsol Multiphysics、ANSYS Multiphysics
4	电磁仿真	ANSYS HFSS、ANSYS Maxwell、FEKO、CST Studio Suite,StarCD
5	科学计算	MatLAB
6	计算化学	量子化学、分子动力模拟
7	开源类	基于开源MPI仿真计算程序

2.5 PAC运行环境

No	设备类	技术规格
1	硬件	基于Alpha730、Alpha750机型， 主要配置： 4颗Xeon 第2代/3代可扩展处理器（最大112核，建议96核以上） 最大6TB DDR4 2933/3200 RDIMM 若干个高速缓存盘（2TB/4TB/8TB PCIe SSD）
2	操作系统	Windows2016及以上版本
3	客户端	Win7，Win10

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