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Cray與Altair聯袂打造仿真解決方案 滿足外流場空氣動力學優化需要作為業內領軍企業，Cray和Altair可以提供功能強大且非常實用的先進技術，為工程師更快、更準確地執行外場流空氣動力學分析提供必要條件。現在，通過在Cray XC30或CS300系統上運行Altair的HyperWorks Virtual Wind Tunnel，無論是何種規模的制造商，無需多次執行物理風洞測試，就可以預測汽車的外流場空氣動力學性能，并在設計中改進冷卻性、舒適性、視野和穩定性等特性。

面臨的挑戰：預測空氣動力學性能以提升設計質量 

外流場空氣動力學仿真在現代汽車設計中扮演著舉足輕重的角色。車輛的燃料消耗量、穩定性、發動機冷卻、座艙內部噪聲以及風擋刮水器的性能等均與空氣動力作用息息相關，因此在投入制造之前，有必要先將空氣動力的相關效應研究清楚。 

雖然空氣動力學性能測試可以在物理風洞中進行，但這樣做的成本相當昂貴，而且可能要經過多次測試才能確定改進效果所需的變動。作為一種替代方案，虛擬風洞仿真允許設計工程師在物理測試之前對空氣動力學載荷進行研究，從而減少在汽車開發過程中進行物理風洞試驗的需要。 

關于HyperWorks Virtual Wind Tunnel 

Altair的HyperWorks Virtual Wind Tunnel(HyperWorks VWT)將車輛外流場空氣動力學性能的預測精度和速度推向新高。 

HyperWorks VWT將先進的網格劃分和仿真技術與高度自動化的工作流程相結合，提供了一個多位一體的設計界面。用戶可以在一個直觀易用的界面中完成從引入曲面網格劃分、設置問題，到提交仿真模型，再到獲取最終報告的所有工作。利用HyperWorks VWT對空氣動力學性能（包括升力、 阻力、壓力分布、流場（流動分離）、空氣聲學和其他因素）進行仿真和分析，得以使車輛更安全、性能更出色并且更節能。

HyperWorks Virtual Wind Tunnel的功能包括： 

? 精確、穩健且可擴展的求解器： 

HyperWorks VWT依賴AcuSolve?提供強力支持，AcuSolve?是一款基于有限元的計算流體動力 學(CFD) 求解器，可對非常棘手的大規模工業問題進行高效求解。可通過穩態及瞬態仿真獲得精 確的外流場空氣動力學仿真結果。 

? 高級網格劃分： 

HyperWorks VWT具有快速、全自動的非結構化網格劃分器，可支持多種高級技術，例如邊界層的傳播、曲面和體積的擠壓、各向異性和邊緣的混合網格劃分、影響范圍的設置以及用戶自定義 功能等。 

? 友好直觀的用戶界面： 

HyperWorks VWT采用多位一體的用戶界面，其具有高度自動化的設置過程和方便用戶使用的工作流程。 

? 高級的CFD后處理功能： 

可通過AcuSolve來執行高級后處理任務，進而對規模龐大的復雜CFD數據進行可視化。 

? 優化的作業負載管理： 

HyperWorks VWT與Altair的PBS Professional相結合，可優化Cray硬件的資源利用率。 

Cray在空氣動力學仿真的應用 

不管是要捕獲側視鏡周圍流場的細節，還是要對整輛車進行大渦模擬，精細的網格劃分都必不可少，因而便需要一個可擴展的計算環境來實現所需性能。 

Cray, Inc以構建功能強大的計算機系統來求解世界性難題而聞名，而事實也證明，HyperWorks Virtual Wind Tunnel的求解器可以在Cray系統上擴展自如。 

Cray提供兩款適用于HPC的產品： 

? Cray CS300是采用最新的x86處理器（例如 Intel“Ivy Bridge”）和多個互連式選件（例如 FDR InfiniBand）的群集架構。其計算刀片專門針對HPC而設計，側重于可靠性和配置靈活性。 

? Cray XC30也是一種節點互連式架構，但旨在實現可擴展性和性能水平的最大化。它融合了最新的Intel處理器，基于Cray專有的高速“Aries”互連技術而構建。Aries互連技術及關聯系統軟件可以打造業內領先的可擴展性和性能水平。Cray XC30能夠將仿真規模擴展至超過5000個核。 

例證：在Cray系統上運行HyperWorks VWT 

在Cray XC30系統上運行HyperWorks VWT可以顯著提升性能水平。為研究HyperWorks VWT在不同核心數量下的可擴展性，Cray和Altair重點研究了兩種不同規模的問題： 

? 規模相對較小的問題（2200萬個有限元單元）：對基準汽車模型（稱為ASMO模型）進行外流場空氣動力學分析 

? 規模較大的問題（10億個有限元單元）：繪制兩臺一級方程式賽車的仿真模型 

規模相對較小（2200萬個有限元）的問題表明，HyperWorks VWT在配有Intel? Xeon? E5-2600 v2系列（熟稱“Ivy Bridge”）的2.7GHz 12核（雙接口/節點）處理器的Cray XC30系統上具有可擴展性。此模型中的有限元單元數量對于整個汽車算例而言還比較少；但足可以表明HyperWorks VWT在模型規模較小時的擴展能力。 

2200 萬有限元模型的研究結果： 

? 核數最多為300時，可達到幾近完美的出色擴展效率（95%以上） 

? 核數為576時，可達到良好的擴展效率（80%以上） 

由此證明，即使采用規模較小的模型，HyperWorks VWT軟件也可以在Cray硬件的配合下極大地發揮擴展能力，達到預期的周轉要求。 

第二個問題是對兩臺一級方程式賽車特性的仿真。此算例中的有限元單元數量為10億，大約是較小模型的50倍，也就說明這是一個大規模的外流場空氣動力學問題。研究人員在以下兩個Cray XC30系統上對可擴展性、吞吐量和I/O進行了測試：一個配有2.5 GHz 12核Ivy Bridge處理器，另一個配有3.0 GHz 10核Ivy Bridge處理器（兩個系統均為雙接口/節點）。 

10 億有限元模型的研究結果： 

? 核數最多為1600時，可達到出色的并行效率（90%以上） 

? 核數為3200時，可達到良好的并行效率（80%） 

上述結果表明，當超級計算性能是必要條件時，HyperWorks VWT和Cray解決方案可以發揮高效的擴展能力來滿足日益緊張的產品設計周期要求。還值得注意的是，相比顯式求解器，HyperWorks VWT可顯著增大仿真時間增量，從而大幅縮短周轉周期。

在Cray上運行HyperWorks VWT：出色的擴展效率和并行效率

主要的基準測試結果： 

? 核心數擴展至300時，可達到幾近理想的效率 

? 對于規模較小的問題，可在核心數最多為576時發揮強勁性能 

? 對于規模較大的問題，可在核心數最多為1600時發揮出色性能，可在核心數為3000以上時發揮良好性能 

配置示例 

為實現高效的虛擬風洞計算解決方案，Cray 和 Altair 建議如下配置示例。在這些配置示例中，Cray CS300的配置重點考慮容量計算（即同時進行多項仿真的適中擴展規模）；Cray XC30的配置則考慮能力計算（即擴展至數千個計算核心）。 

“HyperWorks Virtual Wind Tunnel 的基準測試結果與實際的風洞測試結果非常吻合。HyperWorks VWT的易用性、靈活性、精確性和快速性，不僅會給汽車行業帶來裨益，還會使其他需要進行外流場空氣動力學仿真的領域（如風機開發和建筑工程與施工）從中受益。”Altair CFD技術VP, Farzin Shakib。 

“仿真已經不再受高端數據中心的限制，Cray新推出的XC30-AC系統繼續發揚了公司傳統，通過創建特制系統吸引新客戶，不斷拓展在超級計算市場中的應用。”IDC HPC VP, Earl Joseph。