行业应用｜用北京超算跑大型结构动力学仿真是种什么样的体验？

测评内容说明

最近由于大型仿真分析项目需求，有幸接触到了北京超级云计算中心（如下简称北京超算），同时也体验到了超算中心对于低成本拓展仿真分析规模的系列优势。

为了帮助大家更好地了解和使用超算中心，笔者将通过系列文章对超算中心的使用以及计算性能进行测评，本文内容为ANSYS软件使用测试，测试参数如下：

北京超级云计算中心可根据使用者需求提供不同型号CPU，核心数，内存大小以及磁盘空间，上述数据仅为本次测评使用参数。

相比于零件分析，大型装配体除了网格数量较多外，还包含大量的连接关系，绑定接触以及混合单元类型，因此一般情况下计算量相比于同等节点数量的零件大，体现的计算问题也更加全面。

为了更加真实地测试超算平台的使用性能，文章选取如下大型装配体：

模型来源于GrabCAD官网

根据实际测试，该模型进行高阶实体单元划分，最低节点数量50万，但是通常装配体由于计算精度要求会比该数量多，因此本文按照100万节点数量进行测试，具体有限元模型如下：

整体有限元模型使用高阶四面体单元处理，节点数量107万，MPC绑定接触对200+。

考虑到同等节点数量下，动力学分析比静力学分析计算量和计算时间要大得多，因此本文使用动力学分析的模态分析模块进行测试，算法选择Block Lanczos，提取模态阶数100阶。

注意

该模型分析已经在本地64G电脑上经过测试，由于内存需求远远超出电脑性能无法计算，因此只能借助超算平台进行计算。

平台使用流程

Step1：本地准备工作

由于超算中心计费是从创建分析项目开始，而不是求解计算，因此作为分析中最为耗时的前处理工作，一般是在本地电脑完成，整体模型装配好后导入超算中心进行调试和分析：

对于ANSYS WorkBench来说，使用Archive功能导出求解文件的压缩包较为推荐，对于Abaqus直接导出对应版本的.inp文件，对于HyperWorks导出对应版本的.fem文件，这些求解文件在超算平台中均能正常读取。

Step2：求解文件上传

对于每个用户，超算中心会单独开辟一块磁盘空间供数据存储，类似于个人电脑上的一个盘，一般最低有500G，个人可以对空间中的数据进行常规编辑和清理工作，我们的计算文件也是存储在该空间下。

为了使得超算平台能够读取计算文件，需要登录超算平台，将求解文件通过指定软件上传到提供的存储空间中：

超算中心界面

磁盘文件交互

由于直接拖动就可以实现本地电脑和超算平台的数据交换，传输速度也能保证在3~5Mb/s以上，因此使用起来相对也比较方便。

Step3：创建分析项目

本地数据导入完成之后，通过超算中心桌面的VNC可以创建分析项目，也可以直接通过桌面上的ANSYS软件直接启动：

根据计算需求，我们选择amd_256队列（代表CPU为AMD，最大使用内存256G），核心数选择64（可以根据自己需求使用更多核心），提交之后，等待连接成功，即可进入可视化界面。

应用窗口

WorkBench界面

Step4：调试和求解

由于超算中心提供了可视化界面，因此调试和求解的部分和我们正常操作没有任何区别，这里直接使用60核进行计算：

ANSYS WorkBench后台统计的计算时间和内存占用情况如下：

对于一个大型装配体的动力学计算来说，计算速度还是比较满意的。

Step5：后台数据监测

在计算过程中，可以通过桌面软件SSH，输入指定的简易代码，方便地查询到调用核心以及内存空间的使用情况，如图所示：

测评结果

本次使用超算测评，大致总结如下体验：

①内存足够大，目前了解到最大内存可以支持2T，本次使用的测试模型需要占用157GB内存，对于大部分本地电脑无法处理，并且个人配置到这么高的内存空间成本非常高

②核心数足够多，虽然在结构分析中，超过16核加速效果已经不太明显，但是对于流体等分析来说，核心数对计算速度的改善还是非常可喜

③流程足够完善，早期听到超算中心我都是有些畏惧的，感觉这东西应该很复杂，需要传输各种文件，输入各种求解命令调用，但是这次使用后发现，现在平台从可视化界面，文件传输，后台查询等都做得很完善，给人的感觉就是远程调用一台高性能电脑

④服务足够到位，开始使用超算中心确实会遇到各种疑问，但是配备的技术支持微信群能快速响应并给出解决方案，体验感比较好。

以上便是本次云计算中心的测评内容，整体体验感比较舒服，当然之后会针对具体分析问题进行求解速度和内存占用的测评。