云解决方案 | Ansys Gateway显著提高仿真计算能力和求解速度

本文原刊登于Ansys.com：《Race to Faster Fluent Results with Ansys Gateway Powered by AWS》

作者：Thomas Lejeune | Ansys产品营销高级经理

编辑整理：郭晓东 | Ansys主任应用工程师

Ansys Fluent用户需要出色的计算速度和功能来求解大规模的问题，而他们现在可以利用专用的云平台：由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway。 

在全球范围几乎各个行业的产品研发团队每天都在使用Ansys Fluent对复杂的物理现象进行分析。他们正在创建具有数百万个单元和瞬态分析的模型，以真实再现湍流、单相和多相流、燃烧、共轭传热和流固耦合的影响。他们还对其产品设计进行系统级分析，以考虑成本、可持续性、耐久性、重量和其他因素之间的权衡。

优势显而易见：这些产品研发团队正在缩短设计周期的时间和成本，并通过仿真以极高的准确性预测产品的实际性能。然而，他们还有一些需要快速进行求解的大型数值问题。

现在越来越多的Ansys客户依靠云平台访问他们所需的高性能计算（HPC）资源，以高效求解大型复杂问题，而无需购买需要管理和维护的昂贵本地集群。云交付模型对许多产品研发团队来说具有良好的商业价值，因为其可自动提供对先进芯片、处理器、内存和存储技术的灵活按需访问。凭借高效的HPC扩展功能以及在多个处理器上求解模型的能力，Fluent尤其适合云计算。

但是，面对如此多的云端选项，哪一种最适合Fluent用户呢？通过与亚马逊云科技（AWS）合作开发一款创新型云解决方案（专门面向产品研发团队利用工程仿真而打造），Ansys简化了选择云解决方案的流程。 

由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway：为仿真而打造

这款云解决方案，即由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway，显著提高了仿真的计算能力和求解速度，专用于解决当今仿真所具有的海量数据、复杂工作流程和跨职能协作。

该解决方案可在AWS Marketplace上获取，其巧妙结合了全球最全面、最广泛采用的云平台，与Ansys在通过HPC解决高级工程问题方面的深厚专业知识。Ansys专家深知如何将特定的Ansys解决方案与问题类型以及最佳HPC配置相匹配，因此，可提供优异的“即插即用”性能，其默认的虚拟桌面架构（VDI）和HPC设置已经针对工程仿真进行了优化。

由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway还可为更高级的用户提供对云环境的完全控制。用户可以通过用户门户配置自己独特的VDI或HPC集群，这些集群可根据用户自己的仿真需求进行定制。用户可从AWS云部署模板提供的丰富选项中进行选择，其中包含CPU、内存、存储和网络容量的各种组合。由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway还为每个求解器提供推荐的模板类型。

云定制化功能使Ansys Fluent用户能够在求解速度和计算成本之间进行平衡，以满足他们自己的特定需求。有些用户可能面临紧迫的期限，需要选择最快的运行时间，而不考虑成本；而另一些用户可能不需要快速获得CFD仿真结果，并选择较慢的解决方案运行时间，从而最大限度地降低硬件成本。由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway使仿真用户能够自己做出明智的选择。

为Fluent用户提供定制性能

为了证明由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway对Fluent用户的价值，Ansys专家团队近期开展了一项详尽的基准测试研究：《通过云加速CFD求解时间》白皮书。下面我们先快速看一下其中一部分研究，其介绍了通过由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway实现的云定制化功能的价值。

图1：Ansys开展的空气动力学研究展示了不同的云计算设置如何影响解决方案的运行时间和成本

Ansys专家创建了一个相当具有代表性的Fluent仿真，即对一级方程式赛车设计的外部空气动力学进行建模，然后，在由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway中，使用不同的设置来求解该问题。在Fluent中，Ansys专家使用可实现的k-e湍流模型和基于压力的伪瞬态耦合求解器，并使用1.4亿个单元的六面体核心网格对赛车进行了分析。

他们在5种不同的AWS实例类型上运行了该仿真，这些实例具有10种不同的配置，具有不同的处理器、内核数量、RAM和处理速度设置。（值得注意的是，由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway依赖于Amazon Elastic Compute Cloud（EC2）。）

在比较这些实例和配置之间的云性能时，Ansys团队重点关注求解器评级，其被定义为给定基准研究在24小时内可以在给定机器上运行的次数。求解器评级可通过一天内的秒数除以运行给定仿真所需的秒数得出。求解器评级越高，意味着HPC性能越出色。

Ansys团队还研究了实现更高HPC性能所需要的成本，因此Fluent用户在运行自己的仿真时，还可以利用这些结果做出明智的成本性能权衡。

利用Fluent进行一级方程式赛车空气动力学仿真，在两种实例上运行时表现最佳：Amazon EC2 Hpc6a和Hpc7a。对于这两个AWS实例，每个内核的性能在很大程度上取决于使用的内核数量。内核利用率越低，表明每个内核上可用的内存带宽和高速缓存就越多，这意味着每核性能更高以及运行时间更快，但硬件成本也会更高。 

无论解决方案的目标是速度最快、成本最低，还是在速度和成本之间实现良好平衡，Fluent用户都可以通过微调内核利用率，在成本和性能之间实现平衡。

尽在用户掌控的云解决方案

虽然这项Ansys研究揭示了两个实例在解决方案运行时间方面的明显优势，但需要注意的是，对于Fluent或任何其他的Ansys软件产品，并不存在唯一的“最佳”云计算环境。

因为总是会有一组最优的软件设置，以及有大量AWS硬件实例，可依据可用性、成本和所需的仿真周转时间进行选择。但随着HPC技术的不断演变发展，根据速度考量因素、硬件成本或两者之间的某种平衡，不同的芯片或RAM解决方案将成为最佳选择。

那么，针对Fluent的Ansys基准测试研究的关键要点是什么呢？答案很简单：云配置会带来巨大的差异。

通过把选择权交给Ansys Fluent用户，由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway可帮助用户在运行时间和成本方面定制仿真结果。通过选择推荐的默认“即插即用”设置，Fluent用户已经能够实现比通用云设置更大的时间和成本优势，但他们还可以根据自己的特定需求轻松定制云环境，从而进一步利用这一优势。并且，在最终确定云设置之前，他们可以提前了解预计的时间和成本影响。

Ansys将在Fluent和其他解决方案中为用户提供可即时、无缝访问的新特性和功能。AWS将提供新的芯片、内核类型、RAM容量和扩展特性，以进一步加快运行时间。

但有一件事情不会改变：由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway将始终为工程仿真提供理想的云环境，同时使用户能够完全控制该环境。

产品小贴士

·Ansys Fluent是业界领先的流体仿真软件，以其先进的物理场建模功能和行业领先的精度而著称。

·由AWS亚马逊云提供支持的Ansys Gateway为需要在云端管理其完整的Ansys仿真和CAD/CAE开发的开发人员、设计人员和工程师提供解决方案。