隨著工程公司在設(shè)計(jì)過(guò)程和整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中越來(lái)越多地使用仿真，對(duì)仿真資源的需求已經(jīng)擴(kuò)大。這給許多公司的IT基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了負(fù)擔(dān)，也讓小公司在沒(méi)有自己的高性能計(jì)算(HPC)資源的情況下，苦苦尋找運(yùn)行更復(fù)雜模擬的方法。現(xiàn)在，遠(yuǎn)算科技帶來(lái)了一種解決方案。從現(xiàn)在起，大家無(wú)需自己購(gòu)買(mǎi)硬件設(shè)備，直接在網(wǎng)頁(yè)上就能跟超算連接進(jìn)行仿真作業(yè)啦：https://start.yuansuan.cn/apply

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基于云的模擬正逐漸成為這兩個(gè)問(wèn)題的解決方案。根據(jù)透明市場(chǎng)研究公司的數(shù)據(jù)，2016年基于云計(jì)算的模擬市場(chǎng)達(dá)到了33億美元，預(yù)計(jì)到2025年將有11.4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率，達(dá)到85億美元——這比模擬市場(chǎng)的整體增長(zhǎng)率要快。

 

根據(jù)ANSYS產(chǎn)品管理總監(jiān)Todd McDevitt的說(shuō)法，基于云計(jì)算的模擬的需求正在增長(zhǎng)，特別是在過(guò)去的一年中，因?yàn)楣驹谀M方面尋求更多的彈性。企業(yè)也在尋找在需求高峰期間無(wú)需投資額外硬件或軟件許可的突發(fā)能力。

 

McDevitt表示:“客戶可能擁有某種形式的本地高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，但他們希望減少排隊(duì)時(shí)間，或者他們正在經(jīng)歷硬件上的刷新周期，希望從這些資源中轉(zhuǎn)移工作負(fù)載。”“但它通常始于強(qiáng)烈的需求。”

 

因此，傳統(tǒng)的模擬服務(wù)提供商開(kāi)始向云計(jì)算領(lǐng)域拓展，而只使用云計(jì)算的新初創(chuàng)公司也開(kāi)始在市場(chǎng)上嶄露頭角。

 

SimScale首席執(zhí)行官大衛(wèi)?海尼表示:“現(xiàn)在圍繞云工程軟件有一個(gè)受過(guò)良好教育的市場(chǎng)。“大型供應(yīng)商已經(jīng)在提供云解決方案方面邁出了步伐，所以業(yè)界對(duì)這種方式更加熟悉。”

 

基于云的模擬的吸引力因單個(gè)公司的現(xiàn)有投資而異。西門(mén)子PLM軟件公司模擬產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)拉維?尚卡爾表示:“如果他們已經(jīng)在現(xiàn)有硬件上進(jìn)行了投資，那么進(jìn)軍云計(jì)算的動(dòng)力就不會(huì)那么強(qiáng)大。”“當(dāng)(企業(yè))購(gòu)買(mǎi)新硬件時(shí)，云計(jì)算選項(xiàng)變得更加有趣。他們可能有更大的模型，希望利用更好的處理。”

云計(jì)算使得NX Nastran汽車(chē)車(chē)身模型能夠通過(guò)在大量核上進(jìn)行并行處理而有效地進(jìn)行模擬。圖片由西門(mén)子PLM軟件提供

OnScale公司首席執(zhí)行官伊恩?坎貝爾(Ian Campbell)表示，排隊(duì)獲取現(xiàn)場(chǎng)高性能計(jì)算資源的瓶頸是OnScale公司成立的動(dòng)力。他解釋說(shuō):“傳統(tǒng)CAE技術(shù)成本太高、風(fēng)險(xiǎn)太大、速度太慢。”“每個(gè)工程公司都會(huì)經(jīng)歷工程工作負(fù)載的循環(huán)，但現(xiàn)有的CAE模型的工作方式是，你有可變的工作負(fù)載和一個(gè)固定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施，不能滿足這些工作負(fù)載的規(guī)模。如果需求超過(guò)供應(yīng)，你就是在浪費(fèi)時(shí)間等待準(zhǔn)入。如果供過(guò)于求，你就是在浪費(fèi)預(yù)算和資源。”

 

“模擬負(fù)載永遠(yuǎn)不會(huì)穩(wěn)定，”海尼說(shuō)。“你有高峰需求。在云上，如果你想在100個(gè)核上運(yùn)行20個(gè)模擬，它就在那里。你只要運(yùn)行它。你不需要和供應(yīng)商討論獲得突發(fā)許可證的問(wèn)題。而像《SimScale》這樣基于云計(jì)算的解決方案則是一種開(kāi)箱即用的方法。”

不同的方法

 

模擬提供商對(duì)他們的云產(chǎn)品采取了略微不同的方法。創(chuàng)建SimScale是為了在云中提供結(jié)構(gòu)、機(jī)械、流動(dòng)和熱模擬，以及一些多物理模擬。該公司的平臺(tái)可以與其他設(shè)計(jì)工具集成，從根本上支持大多數(shù)通用的交換格式。“在SimScale中產(chǎn)生的所有東西都可以下載并用于另一個(gè)求解器，”海尼說(shuō)。

 

SimScale還提供了一個(gè)免費(fèi)的社區(qū)計(jì)劃，可以用于開(kāi)源和業(yè)余項(xiàng)目。專(zhuān)業(yè)的定價(jià)水平是針對(duì)專(zhuān)有項(xiàng)目的，包括無(wú)限的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加密和實(shí)時(shí)支持。企業(yè)級(jí)用于多用戶和對(duì)計(jì)算要求更高的模擬。

 

社區(qū)計(jì)劃向其他成員公開(kāi)項(xiàng)目。海尼說(shuō):“在相同的軟件和社區(qū)中，在模擬中分享這一技術(shù)變得更加激烈和有效。”“這個(gè)產(chǎn)品中包含了協(xié)作。”

 

該公司的目標(biāo)客戶是新模擬。海尼說(shuō):“我們的方法是讓模擬更容易獲得。”基于云的模擬不僅降低了進(jìn)入成本，而且還可以實(shí)現(xiàn)更大程度的協(xié)作。“您可以與其他涉眾實(shí)時(shí)協(xié)作，他們都可以實(shí)時(shí)查看相同的模擬項(xiàng)目，”海尼說(shuō)。“我們還利用數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)現(xiàn)了一些工作的自動(dòng)化，而這些事情在桌面領(lǐng)域是不可能實(shí)現(xiàn)的。”

 

ANSYS與自己的云托管網(wǎng)絡(luò)合作伙伴密切合作，優(yōu)化其產(chǎn)品運(yùn)行在他們的基礎(chǔ)設(shè)施上，以確保通過(guò)他們的數(shù)據(jù)中心的可靠可用性。“我們確保我們的解決方案和我們的產(chǎn)品是ro

移動(dòng)流線顯示氣流圍繞一輛雪佛蘭導(dǎo)線渲染使用逼真的光線追蹤。使用ANSYS Ensight可視化。圖片由ANSYS和通用汽車(chē)提供

McDevitt說(shuō):“我們可以在新的GPU實(shí)例和其他高性能計(jì)算架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)并行化。“我們也不會(huì)強(qiáng)迫客戶采用某種特定的商業(yè)模式。我們的客戶可以將付費(fèi)許可帶到云端并在那里使用，我們已經(jīng)引入了一個(gè)基于使用的許可系統(tǒng)。”

 

西門(mén)子主要通過(guò)與Rescale合作提供基于云的模擬，提供NX Nastran、Simcenter 3D和Star CCM+的訪問(wèn)。客戶可以通過(guò)Rescale購(gòu)買(mǎi)完全基于軟件即服務(wù)(SaaS)的許可證，也可以從西門(mén)子購(gòu)買(mǎi)傳統(tǒng)許可證并使用Rescale來(lái)托管軟件。

 

Shankar說(shuō):“我們的理念和戰(zhàn)略是，在客戶與我們提供的軟件解決方案互動(dòng)的方式方面，提供盡可能多的靈活性。”“云模式又增加了一層靈活性。”

 

他說(shuō)，公司計(jì)劃最終提供針對(duì)云計(jì)算的原生解決方案。

 

“對(duì)云的需求各不相同，”尚卡爾說(shuō)。“這不是我們目前業(yè)務(wù)的主要部分，但我們正在確保為需要它的客戶準(zhǔn)備好一切，我們預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有增長(zhǎng)。”

 

OnScale免費(fèi)提供軟件(每月10個(gè)核心小時(shí))，并利用亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(AWS)作為其計(jì)算平臺(tái)。“用戶不必為每個(gè)座位支付那么多錢(qián)。這項(xiàng)服務(wù)是在訂閱的基礎(chǔ)上出售的。”

 

OnScale瞄準(zhǔn)的是其他模擬公司所忽視的市場(chǎng)，比如物聯(lián)網(wǎng)(IoT)組織，這些組織不一定能獲得滿足他們需求的工具。OnScale公司聲稱(chēng)，由于能夠在AWS上獲得近乎無(wú)限的計(jì)算資源，以及能夠執(zhí)行傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施難以或不可能完成的任務(wù)，比如3D版本的表面聲波濾波器，該公司的性能優(yōu)于傳統(tǒng)模擬工具。

 

一些專(zhuān)家認(rèn)為，完整的SaaS模式是工程的未來(lái)。“工程師們熱衷于消除許可和計(jì)算瓶頸，”O(jiān)nScale工程副總裁Gerry Harvey說(shuō)。

 

其他的新工具正在出現(xiàn)，傳統(tǒng)的參與者也在與基于云計(jì)算的公司合作。今年早些時(shí)候，SimScale宣布將集成Siemens Parasolid軟件和HOOPS Exchange，以提供更無(wú)縫的模擬工作流程和更高的精度。

 

Autodesk為Autodesk CFD、Moldflow和Fusion360提供云模擬。塑料仿真提供商Moldex3D也在AWS上發(fā)布了其軟件的云擴(kuò)展，使用戶無(wú)需投資新的硬件或軟件許可，就可以卸載更大的仿真。

 

Rescale提供了對(duì)各種應(yīng)用程序、不同的云提供商和混合內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的基于云的訪問(wèn)。除了與ANSYS和西門(mén)子合作，Rescale還提供xpliccomputing的X2 Firebird CAE軟件，按小時(shí)收費(fèi)。其他合作伙伴包括Autodesk、CAE Solutions、COMSOL和達(dá)索Systèmes。

 

靈活性更高

 

客戶根據(jù)其模型的大小和現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施采取不同的云部署方法。他們通常想要突發(fā)訪問(wèn)或正在尋找其他方法來(lái)增加他們自己的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。較小的公司可能完全依賴(lài)云解決方案來(lái)滿足他們的模擬需求。

ANSYS Fluent模擬了轉(zhuǎn)子泵的油量，顯示了齒輪壁上空化的程度(紅色)。使用ANSYS Ensight可視化。圖片由ANSYS提供

云還提供硬件彈性。不同的求解器和物理程序通常被優(yōu)化到不同類(lèi)型的硬件上。基于云的解決方案允許工程師訪問(wèn)比在前提下可能支持的更廣泛的硬件實(shí)例(至少?zèng)]有顯著的成本)。與高頻電磁或機(jī)械模擬相比，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的用戶每個(gè)核需要多少內(nèi)存是不同的——云提供了對(duì)所有這些配置的訪問(wèn)。

 

擁有現(xiàn)有內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施的公司可能會(huì)采取混合方法，根據(jù)需求在自己的設(shè)備上運(yùn)行一些模擬，在云中運(yùn)行其他模擬。數(shù)據(jù)也是一個(gè)因素，因?yàn)槟M創(chuàng)建了大量的數(shù)據(jù)，用戶不一定希望在系統(tǒng)之間來(lái)回移動(dòng)。

 

無(wú)論模擬是在前提下運(yùn)行還是在基于云的基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行，工程師都應(yīng)該是看不見(jiàn)的。McDevitt表示:“平臺(tái)應(yīng)該將工作分配給合適的資源，這樣工程師就會(huì)覺(jué)得流程是一樣的。這些關(guān)于資源的決策可以在應(yīng)用程序?qū)佣皇瞧脚_(tái)層作出。

 

在ANSYS, McDevitt表示，對(duì)于CFD客戶來(lái)說(shuō)，許多用戶先在本地做一些預(yù)處理，然后將求解部分推送到云端，這樣他們就可以獲得更快的周轉(zhuǎn)時(shí)間。部分原因是模型的規(guī)模和復(fù)雜性。

 

麥克德維特表示:“在機(jī)械方面，我們看到客戶希望在云端進(jìn)行更多的互動(dòng)，并進(jìn)行更多的預(yù)處理和后處理。”在電子領(lǐng)域，客戶可能在他們的工作站上解決特定的頻率，但是轉(zhuǎn)移到云上，在多個(gè)其他頻率上重復(fù)相同的測(cè)試。

 

McDevitt說(shuō):“這類(lèi)似于設(shè)計(jì)點(diǎn)的情況，客戶希望通過(guò)不同的幾何參數(shù)或不同的材料配置來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)。”“他們會(huì)解決一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，然后返回去設(shè)計(jì)100或1000種不同的變體。”

 

尚卡爾解釋說(shuō)，西門(mén)子的客戶對(duì)基于云的產(chǎn)品最感興趣的是那些希望利用并行處理或突發(fā)模擬的大型模型。Shankar說(shuō):“他們能夠立即利用云提供的額外容量，而不需要IT建立新的硬件。”

 

這并不意味著云計(jì)算適用于所有公司。尋求穩(wěn)定使用狀態(tài)的用戶不會(huì)發(fā)現(xiàn)云平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益。麥克德維特說(shuō):“這就像賣(mài)了你的車(chē)，然后請(qǐng)優(yōu)步(Uber)司機(jī)24小時(shí)不間斷地坐在你家門(mén)口。”“經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題不會(huì)解決。”

 

目前有些行業(yè)還無(wú)法完全云化

 

由于認(rèn)證要求或安全問(wèn)題，一些航空航天和國(guó)防客戶無(wú)法利用某些類(lèi)型的云服務(wù)。那些主要使用能夠快速計(jì)算的小型模型的公司，或者那些內(nèi)部已經(jīng)有未使用的計(jì)算能力的公司，不太可能從向云的遷移中受益。尚卡爾說(shuō):“如果模型沒(méi)有利用并行處理的優(yōu)勢(shì)，那么在那些情況下，云計(jì)算就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。”

 

“如果你剛剛投資了一個(gè)新的高性能計(jì)算架構(gòu)，你首先要確保你可以利用硬件，”海尼補(bǔ)充說(shuō)。

 

他說(shuō)，對(duì)云模擬客戶來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)來(lái)自于他們的本地同行——用戶必須信任模擬結(jié)果。

 

他說(shuō):“如果他們沒(méi)有準(zhǔn)備好利用這些見(jiàn)解，那么這樣做就沒(méi)有意義，承諾和云解決方案都是如此。”這就是協(xié)作和支持派上用場(chǎng)的地方。我們有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的入職計(jì)劃，與客戶一起工作，讓他們能夠信任自己正在做的事情。這是關(guān)鍵任務(wù)。云計(jì)算并不能消除這個(gè)障礙，但是讓用戶成功的工具讓我們比桌面領(lǐng)域更快地到達(dá)那里。”