• 型創(chuàng)科技 / 羅偉航 應(yīng)用工程師
• (轉(zhuǎn)載自繁體版ACMT電子技術(shù)月刊No.085)

前言

在做了許多不同類型、制程的CAE項(xiàng)目后，對(duì)于CAE的計(jì)算速度上有了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。有很多工程師會(huì)認(rèn)為，使用越多的核心進(jìn)行并行運(yùn)算，速度就會(huì)越快，把越多的服務(wù)器或計(jì)算機(jī)串起來(lái)同時(shí)跑一個(gè)項(xiàng)目，速度就會(huì)越快。但實(shí)際上這些做法是不對(duì)的。本文主要對(duì)CAE工程師提供一些硬件和計(jì)算參數(shù)上的建議。

 

各硬件對(duì)CAE計(jì)算的作用

首先我們得弄清楚，一臺(tái)服務(wù)器中，不同硬件對(duì)CAE分析都有什麼作用。

• 處理器(CPU)

處理器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的大腦，也是一個(gè)項(xiàng)目分析快慢的核心硬件。此處建議選擇核心數(shù)目高的、處理器基本頻率高的處理器。

• 內(nèi)存(RAM)

內(nèi)存的大小對(duì)于能做多大網(wǎng)格規(guī)模的項(xiàng)目有影響，大的內(nèi)存可以支持更大網(wǎng)格規(guī)模的項(xiàng)目，以及影響后處理的處理速度。建議百萬(wàn)級(jí)別的網(wǎng)格規(guī)模，使用64GB以內(nèi)的內(nèi)存便足夠，千萬(wàn)級(jí)別的網(wǎng)格規(guī)模則需要具體評(píng)估，建議使用64GB以上的內(nèi)存。

• 存儲(chǔ)

存儲(chǔ)有分機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤(SSD)，固態(tài)硬盤的讀寫速度會(huì)更快，一般建議CAE軟件安裝在固態(tài)硬盤中，但大容量的固態(tài)硬盤價(jià)格較貴，所以低預(yù)算使用者分析后的項(xiàng)目也可存在機(jī)械硬盤中。機(jī)械硬盤建議配置CMR垂直盤，不建議用SMR疊瓦盤（雖然比較便宜，但正常使用讀寫的情況下，壽命一般只有兩年，本人用壞過(guò)兩塊，過(guò)了2年保修期后便很容易壞掉，一般只存不重要的數(shù)據(jù)）。

• 網(wǎng)卡(NIC)

如果使用遠(yuǎn)端計(jì)算，或多臺(tái)服務(wù)器串聯(lián)，以叢集計(jì)算的方式進(jìn)行分析，則對(duì)網(wǎng)卡也有要求。在網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠的情況下，建議配置萬(wàn)兆網(wǎng)卡。避免數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間太長(zhǎng)。

由于顯示卡(GPU)的配置高低對(duì)CAE分析不起加速作用。所以顯示卡可以直接使用CPU自帶的核顯，或NVIDIA Quadro系列的繪圖顯卡。

關(guān)于計(jì)算速度的問題

使用越多核心數(shù)，分析速度越快？

這種說(shuō)法不準(zhǔn)確，假設(shè)現(xiàn)在要計(jì)算一個(gè)1萬(wàn)網(wǎng)格的項(xiàng)目，使用4個(gè)核心計(jì)算的速度可能比32核心計(jì)算的速度要快。如果是20萬(wàn)的網(wǎng)格，可能4核心計(jì)算速度和32核心計(jì)算速度差不多。但如果是百萬(wàn)級(jí)別、千萬(wàn)級(jí)別的網(wǎng)格，這時(shí)候32、64核心和8、16核心的計(jì)算速度差異才能體現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)槎嗪诵脑谶M(jìn)行平行運(yùn)算時(shí)（以32核心為例），首先需要將模型進(jìn)行區(qū)域分割，將模型的計(jì)算區(qū)域分配給每個(gè)核心的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。即需要先分成32份子區(qū)域來(lái)計(jì)算，且在平行運(yùn)算中，資料會(huì)在子區(qū)域之間頻繁的交換，而這種數(shù)據(jù)交換會(huì)影響整體計(jì)算的速度。因此計(jì)算效率和資料交換的速度以及交換的資料量有直接關(guān)聯(lián)。所以如果網(wǎng)格量較少的項(xiàng)目，更推薦使用少量的核心進(jìn)行計(jì)算。百萬(wàn)級(jí)別以上的網(wǎng)格，這個(gè)就需要根據(jù)求解配置、模型復(fù)雜程度來(lái)對(duì)比研究使用多少個(gè)核心計(jì)算。

 

核心數(shù)、線程數(shù)的區(qū)別

對(duì)于CAE來(lái)講，分析速度主要與CPU的內(nèi)核數(shù)目有關(guān)，而在打開超線程的狀態(tài)下，如32核心的計(jì)算機(jī)，會(huì)有64條線程數(shù)。此時(shí)分析參數(shù)會(huì)顯示最高可用64數(shù)目進(jìn)行計(jì)算。這種狀態(tài)下，我建議就用32核心進(jìn)行計(jì)算。只用核心數(shù)計(jì)算90%是最具效率的，在某些情況下，可能48線程速度會(huì)略快，但這和CPU、內(nèi)存有關(guān)，沒有普遍性。因此如果你不太熟悉計(jì)算機(jī)硬件，建議就以核心數(shù)目作為上限進(jìn)行計(jì)算。

 

是否需要關(guān)閉超線程？

這個(gè)同樣是有爭(zhēng)議的一點(diǎn)。打開超線程，不同的CPU、內(nèi)存下的結(jié)果可能都不一樣。如32核心的計(jì)算機(jī)，關(guān)閉超線程，使用32數(shù)目進(jìn)行分析，則CPU會(huì)一直處于滿載狀態(tài)，此時(shí)計(jì)算機(jī)可能會(huì)變得很慢很卡頓。而如果打開超線程，使用32數(shù)目進(jìn)行分析，則CPU會(huì)剩下10~20%的資源，計(jì)算機(jī)可以處理其他工作。而兩者的分析速度幾乎相同或超線程稍慢一點(diǎn)。此處建議如果是多人使用的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，建議關(guān)閉超線程。如果是個(gè)人使用，可不關(guān)閉，自行調(diào)整。

 

1臺(tái)雙路CPU服務(wù)器還是2臺(tái)單路CPU服務(wù)器

假設(shè)1臺(tái)16核的服務(wù)器效能為1的話，1臺(tái)雙路CPU（16核+16核）的效能大概為1.8，而兩臺(tái)16核CPU組成的服務(wù)器組的效能由于需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸交換數(shù)據(jù)，最終可能只有1.5。而塔式服務(wù)器串接的服務(wù)器組，效率會(huì)比機(jī)架式服務(wù)器串接的服務(wù)器組更差。因此如果需要做服務(wù)器組，建議用機(jī)架式服務(wù)器，且網(wǎng)卡的配置也需要跟上。

 

系統(tǒng)對(duì)計(jì)算速度的影響

相同配置下，Linux系統(tǒng)比Windows系統(tǒng)的計(jì)算速度更快。但Linux系統(tǒng)只能作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)算，前后處理仍需要Windows系統(tǒng)下的CAE軟件進(jìn)行。

 

桌面級(jí)CPU和服務(wù)器級(jí)CPU

以Intel的CPU為例，服務(wù)器級(jí)的CPU如至強(qiáng)系列，核心數(shù)可更高，可支持更大的內(nèi)存，且更穩(wěn)定。所以如果是專業(yè)分析的企業(yè)，首選是服務(wù)器而非個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)。如果你的預(yù)算不高或分析的項(xiàng)目比較簡(jiǎn)單，那麼桌面級(jí)的CPU如酷睿系列，也是不錯(cuò)的選擇。但此處需要注意的是，如果僅作為分析運(yùn)算的話，建議選擇酷睿11代或以前的CPU，因?yàn)?2代開始使用「大小核」的架構(gòu)，將CPU核心分為性能核(Performance-core)和能效核(Efficient-core)，如24核心數(shù)的i9第13代CPU，含有8個(gè)性能核以及16個(gè)能效核。當(dāng)使用多核心進(jìn)行平行運(yùn)算時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)只有性能核滿載，能效核不運(yùn)算的問題。該情況下，分析速度會(huì)異常慢甚至完全停滯。后續(xù)本人有嘗試用其他軟件解決能效核不運(yùn)算的問題，但由于兩種核心的單核心運(yùn)算速度不一，造成了用（8性能核+8能效核）分析反而比8性能核分析要慢。因此如果非專業(yè)者，建議使用服務(wù)器或11代前的酷睿CPU。

 

寫在最后

這篇文章雖然不是射出模具相關(guān)知識(shí)，但卻是讓很多CAE使用者都頭痛過(guò)的問題。花了大價(jià)格配置的服務(wù)器，結(jié)果分析速度提升不明顯?；蛴枚嗪诵姆治龅途W(wǎng)格的項(xiàng)目，資源分配不合理。作為一名CAE工程師，除了要了解前后處理、結(jié)果判讀、射出工藝等專業(yè)技能外，仍需對(duì)硬件的作用、軟件的計(jì)算參數(shù)及求解方法有所了解，這樣會(huì)更有利于工程師合理分配資源。對(duì)于這些問題，希望這篇文章能夠有所解答，有不正確的地方歡迎指正。

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