制造行业中的高性能计算主要应用及其特点(精)

制造行业中的高性能计算主要应用及其特点

制造行业的高性能计算用户主要分成两类：1) 实际制造企业，如汽车设计制造厂商、航空工业企业、电力企业及消费产品生产商等。这一类用户通过高性能计算技术来提高产品的性能，减低成本，同时缩短产品的设计、生产周期，以使企业在市场上更具竞争力；2）研发单位，如政府、国防和大学中涉及制造行业的部门或专业。这一类用户的目标是利用高性能计算技术改善设计方法，提高设计水平从而为实际生产服务。

下图给出了制造行业中采用计算机进行产品开发的流程，包括建模、前处理（模型修改和网格生成）、计算分析、交叉学科综合及后处理几个部分。其中高性能计算主要应用于计算分析部分，统称为计算机辅助制造工程（MCAE ）。

MCAE 可以分为隐式有限元分析（IFEA ）、显式有限元分析（EFEA ）和计算流体动力学（CFD ）三个子学科，如下图所示。几乎所有的制造企业的高性能计算都依赖于独立软件开发商（ISV ）提供的商业软件，只有计算流体动力学中结构网格计算类型的软件是以用户自己开发为主。因此制造行业中的高性能计算具有与教育科研领域不同的特点，用户在购买硬件平台的同时通常会购买相应的科学计算软件产品，而且在某种程度上往往是应用软件的特性决定了硬件平台的选择。

产品开发设计流程

高性能计算集

中在结构分析和流体动力分析上

建模

前处理

计算分析

后处理

下表中给出了MCAE常用的应用软件，并列出这些软件的特点、可扩展性及其对系统要求。从表中可以看到，隐式有限元分析（IFEA）软件的可扩展性不好，通常不会高于10个处理器。这是由隐式算法本身决定的，因为采用隐式算法的程序并行通常是细粒度的并行，并行开销要远大于可以采用粗粒度并行的显式算法。针对其可扩展性有限的特点，为这类用户推荐系统时可以考虑p650，p655，及p670这样中档服务器。另外显式有限元分析（EFEA）软件和结构网格计算流体动力学（CFD Structured）软件对CPU的性能要求很高，对I/O的要求较低，同时对带宽和延迟的要求也不高，可以看出这种类型的应用可以较好地运行在MPP结构类型的系统上，尤其是用类似p655或p690这样多CPU服务器作为节点的Cluster1600系统。

MCAE 分类应用软件

对系统的要求

CPU 内存I/O 带宽延迟可扩展性

静态隐式有限元分析（IFEA

Statics）

ABAQUS

ANSYS

MSC.Nastran

H H M L L<10p

动态隐式有限元分析（IFEA

Dynamics）

ABAQUS

ANSYS

MSC.Nastran

L H H H L<10p

显式有限元分析（EFEA）

LS-DYNA

PAM-CRASH

RADIOSS

H L L M M <50p

非结构网格计算流体动力学（CFD Unstructured）

FLUENT

STAR-CD

PowerFLOW

M H M H H<100p

结构网格计算流体

动力学（CFD

Structured）

OVERFLOW H H L M M <100p

在本文的最后给出制造行业中各种应用软件对IBM POWER4平台和Intel IA64平台支持情况的比较，以供参考。