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1、曙光CAE领域解决方案,课程时间：60分钟 更新日期：2009年5月,目 录,第一章 CAE简介 1.1 CAE的概念 1.2 CAE的应用领域 1.3 CAE的基本步骤 第二章 CSM常用软件介绍 第三章 CFD常用软件介绍 第四章 曙光CAE领域解决方案 第五章 典型案例分析,1.1 CAE的概念,CAE（Computer Aided Engineering） 即计算机辅助工程 主要是指在计算机上进行的基于现代计算力学理论的数值仿真技术 CSM（Computational Structural Mechanics） 即计算结构力学（有时也称为有限元分析） CFD（Computational
2、 Fluid Dynamics） 即计算流体力学,CAE仿真的作用,模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 进行机械事故分析，查找事故原因。 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 增加设计功能，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性；,CAE主要有三类用户 一类是生产制造企业，如航空工业企业、汽车设计制造厂商、电力企业及消费产品生产商等。 第二类是研发设计单位，如政府、军队和大学中涉及制造行业的部门或专业等。 第三类是为制造企业提供CAE分析服务的咨询服务提供商。 从行业领域分：航空航天、汽车、船舶、机械、建筑、电子等,1
3、.2 CAE的应用领域,1.2 CAE的应用领域（1 of 6）,气囊展开,零部件分析,碰撞,成员安全性,汽车（结构分析）,1.2 CAE的应用领域（1 of 6）,汽车（流体分析）,外观设计,车内空调,传热,内部管道,1.2 CAE的应用领域（2 of 6）,航空/国防（结构分析）,起落架应力分析,飞行器破坏模态,坦克的传动系统,1.2 CAE的应用领域（2 of 6）,航空/国防（流体分析）,外流场,尾翼优化,投弹,1.2 CAE的应用领域（3 of 6）,制造（结构分析）,冲压成型,铸造成型,1.2 CAE的应用领域（3 of 6）,制造（流体分析）,挤出成型,玻璃熔炉,铸造水冷,1.2
4、 CAE的应用领域（4 of 6）,医疗（结构分析）,骨科矫形,口腔正畸,1.2 CAE的应用领域（4 of 6）,医疗（流体分析）,血液流动,血液泵,1.2 CAE的应用领域（5 of 6）,能源（结构分析）,发电机涡壳,反应堆水池池壳,1.2 CAE的应用领域（5 of 6）,能源（流体分析）,内燃机,核反应堆,燃料电池,1.2 CAE的应用领域（6 of 6）,建筑（结构分析）,高层建筑,桥梁,鸟巢,1.2 CAE的应用领域（6 of 6）,建筑（流体分析）,建筑通风,污染物扩散,城市风谷,厨房通风,1.3 CAE的基本步骤,前处理 采用各种CAD工具，建立几何模型，划分计算网格 （在工
5、作站上进行）,后处理 显示计算结果，评估产品性能 （在工作站上进行）,求解 指定荷载和边界条件，提交给计算服务器进行分析,举例,1.实体对象,2.几何模型,3.计算模型,4.计算分析,5.结果分析,6.实验对比,分析时间的估计,受众多因素影响 网格数 节点数 自由度（未知数） 材料模型 计算工况 模型质量 应用类型,较好的确定方法 选取有代表性的题目测试 根据以前的数据推算,目 录,第一章 CAE简介 第二章 CSM常用软件介绍 2.1 CSM常用软件列表 2.2 CSM常用软件的特点 第三章 CFD常用软件介绍 第四章 曙光CAE领域解决方案 第五章 典型案例分析,2.1 CSM常用软件列表
6、,隐式（求解静力、模态、屈曲等问题 ） Ansys、 Nastran、 Abaqus 显式（求解碰撞、冲击、接触等问题） Ls-dyna、 Pam-crash、Radioss,2.2 CSM常用软件的特点(1 of 2),隐式结构分析软件的特点 内存需求大，带宽要求高 每100万自由度需要1-10GB内存 使用虚拟内存(或swap)严重影响速度 内存的存取速度是硬盘的几十几百倍! 计算主进程比从进程需要更大内存 主进程担负更多 (数据管理、域划分等),主节点的特殊性 负责读入数据、分配计算单元、控制计算流程和收集计算结果、将计算结果写入磁盘,IO要求高 计算过程中会不断读写临时文件 磁盘IO的
7、时间可占全部计算时间的1/3以上 主进程需要持续的高性能I/O 并行磁盘系统(Raid 0) 并行文件系统 避免共享文件夹/NFS,成熟的商业软件支持所有主流的高速互联 Ethernet (Gigabyte, 10G) Myrinet Infiniband (Voltaire) Quadrics 即使的CPU数量较少，Infiniband比千兆以太网仍有明显优势,扩展性 加速比一般在16CPU以下较好 16cpu时并行效率一般在50%以下 16-32CPU性能只提高10%左右,2.2 CSM常用软件的特点(2 of 2),显式结构分析软件的特点 串行计算时，内存需求相对来说较小 每50万自由度
8、需要0.5-1GB内存 并行计算时，内存需求随进程总数线性增加 各个进程内存占用基本相当 每个计算时步中基本不写磁盘 每隔几个时步需要集中保存一次计算结果，但文件一般不大,32进程以上建议采用Infiniband 扩展性优于隐式软件 可以扩展到64CPU以上 扩展性依赖于接触的数量,目 录,第一章 CAE简介 第二章 CSM常用软件介绍 第三章 CFD常用软件介绍 3.1 CFD常用软件列表 3.2 CFD常用软件介绍 第四章 曙光CAE领域解决方案 第五章 典型案例分析,3.1 CFD常用软件列表,FLUENT：最通用的CFD分析软件 CFX：动力机械领域 FASTRAN：航天航空领域 ST
9、AR-CD：发动机模拟领域,3.2 CFD常用软件介绍(1 of 2),全球领先的商用CFD软件 全面支持最新的HPC技术 大规模集群计算 双核、多核、64-bit 高速互联(Myri, IB, etc.) 支持几乎所有的操作系统 Microsoft, WCCS 2003 Linux32位、Linux64位,硬件需求特点 内存：每百万网格所需内存约为 Segregated implicit：0.9GB Coupled explicit:1GB Coupled implicit:2.4GB Coupled explicit 燃烧:1.3GB Coupled implicit 燃烧:6.5GB甚至
10、更多 IO ：总体来讲比ANSYS等CSM软件要小很多 稳态计算过程，无需保存中间过程数据，IO量较小，一般可以按照每千万网格1-2GB左右空间需求估算 非稳态计算过程，视用户设定的保存数据频率而定，一般需要几个GB的空间甚至更多,网络 一般流动模拟，对网络要求相对较低，可以采用千兆以太网，采用Infiniband网更好 根据用户的算例规模和使用习惯而定：如果每个算例用4个以下双路节点并行计算，采用千兆网即可；如果大于4个双路节点，则采用高性能网络 燃烧或有复杂化学反应的模拟，消息传递量剧增，建议16核以上都采用Infiniband等高性能网络,3.2 CFD常用软件介绍(2 of 2),通用
11、商业CFD软件之一，动力机械领域领先CFD软件 全面支持最新的HPC技术 大规模集群计算 双核、多核、64-bit 高速互联(Myri, IB, etc.) 支持几乎所有的操作系统 Microsoft, WCCS 2003 Linux32位、Linux64位,硬件需求特点 内存：足够即可(建议最多4G/核) Hexa 大约0.91G / 100万单元 Tetra 大约0.650.7G / 100万单元 IO ：要求不高(相对ANSYS) 大约0.5G / 1M单元 网络： 支持以太网和Infiniband网，使用后者集群的整体性能会有明显改善,CPU的增多并不显著增加总内存的需求总内存随CPU
12、增加基本保持恒定(15%)主进程不需要比从进程更多内存小内存的集群可求解大问题!,目 录,第一章 CAE简介 第二章 CSM常用软件介绍 第三章 CFD常用软件介绍 第四章 曙光CAE领域解决方案 4.1 解决方案简介 4.2 配置方案推荐 第五章 典型案例分析,4.1 解决方案简介,方案特点,综合了SMP节点和Cluster节点完全基于x86-64处理器的平台采用20Gb全线速的Infiniband网络GridView可对软硬件资源进行全面的监管支持Linux和Windows操作系统,方案特点分析（1/5）,综合了SMP节点和Cluster节点 不同的软件有不同的应用需求 SMP进行隐式有限
13、元分析 处理器多：16-32核 内存大：128GB 磁盘多：8块，15K rpm Cluster进行显式有限元分析和流体力学分析 扩展性好 性价比高,CAE软件及其可扩展性,隐式结构力学 ABAQUS ANSYS MSC.NASTRAN 显式结构力学 LS-DYNA PAM-Crash RADIOSS 计算流体力学 Fluent STAR-CD/HPC PowerFLOW CFX CFD-Fastran,计算电磁学 Feko 矩量法/FMM 128cpu 声学分析 sysnoise,方案特点分析（2/5）,完全基于x86处理器的平台 国外厂商的SMP节点一般采用Unix小型机，而Cluster
14、仍采用x86平台 异构的平台引起的问题 软件兼容性问题 操作难度加大 管理难度增加 不能协同工作,方案特点分析（3/5）,采用20Gb全线速的Infiniband网络 20Gb的Infiniband是当前最主流的高速网络连接方式 主流的商业CAE软件都支持 性能比普通千兆以太网提高1个数量级 千兆以太网：带宽小：理论值125MB/s，延迟大：35-45 s ； Infiniband 20Gb：MPI乒乓测试带宽：1500 MB/s，MPI短消息延迟： 2 s ；,刀片IB高速交换模块的优势,集成10个HCA卡和1个24端口Switch芯片 对外提供10个20Gbps的IB接口；,全线速无阻塞，
15、只有曙光刀片的IB模块能做到！,方案特点分析（4/5）,GridView可对软硬件资源进行全面的监管 集成了系统监控、集群管理、作业调度等功能 作业调度可实现和CAE应用软件的集成 ANSYS LS-DYNA FLUENT CFX,方案特点分析（5/5）,支持Linux和Windows操作系统 Linux是进行并行计算的首选平台 Windows Compute Cluster Server(WCCS）,4.2 配置方案推荐,CAE,专业图形工作站 W560I,个人超算 Personal HPC,刀片服务器 TC2600,8路SMP服务器 A950,4.2.1 CAE应用推荐配置(1 of 5)
16、,个人工作站（W560I） 基本配置 CPU: 2*Intel Xeon 5400 内存：1664G 硬盘：2*SAS 15K 300GB OS：Windows 64bit 专业图卡：Quadro FX 1500-5500（256MB-1GB）,方案优势 低噪音，适合在办公室使用 配置专业图形显卡，除了进行CAE计算，还可兼做前后处理 适用范围 大规模算例的前后处理 100万网格以内的结构分析，500万网格以内的流体分析 适用软件：PATRAN、GAMBIT、UG、CATIA等,不可缺少的远程可视化解决方案,X11 Xming：开源、免费 Xmanager：轻量级 Exceed：速度最快 X-Win32：Recon-X VNC 支持Web FreeNX：for low-bandwidth links rdesktop：linux下连接windows桌面,4.2.2 CAE应用推荐配置(2 of 5),工作组服务器-SMP（A950r-F） 基本配置 CPU: 8*AMD Opteron 8300 内存：32128G 硬盘：4*SAS 15K 300GB OS：Linux/ WCCS 专业图卡（选配）：Nvidia Qudro FX 1500-5500（256MB-1GB）,
