云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”

2017-03-23 by:CAE仿真在線來源:互聯網

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys結果圖片1

云計算(Cloud Computing)這個詞大家并不陌生,和萬物互聯的物聯網(IoT)、大數據(Big Data)以及人工智能(AR)/虛擬現實(VR)等熱門詞一樣經常見諸于網絡。云計算是當下流行的科技趨勢,是很多大公司角逐的對象。

那么云計算和有限元分析有什么關系呢?云計算目前已經在各個領域發(fā)揮著越來越重要的作用,在有限元分析領域也逐漸被人所利用。今天我們就來談談云計算在有限元分析領域的現狀。

什么是云計算(cloud computing)

云計算在大類上又分為公有云(public cloud)和私有云(pravite cloud),私有云大家其實并不陌生,很久以前就有使用,且目前在公有云沒有占主導地位的情況下私有云仍然是主流的,但私有云市場正在不斷萎縮,雖然沒有到日薄西山的地步,但公有云占主導地位只是時間問題。今天我們主要講大有潛力的公有云(后面提到的云計算泛指公有云)。

私有云簡單的說就是公司或者團體自己購買硬件搭建服務器,將數據保存在自己的服務器上并提供運算支持。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys結果圖片2

私有服務器

但有些公司的服務器并沒有強大的計算能力。此時,在工作內容對計算要求較高的場合,就需要配合終端的工作站(Workstation)提供一對一的計算。工作站是一種通用微型計算機,它是提供給單用戶使用,并提供比普通PC電腦運算能力高的計算機。如下圖所示

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys結果圖片3

工作站示意圖

一般單個工作站的硬件配置都非常高,比如標配都都是CPU為英特爾至強處理器(Xeon),16G的運行內存以及高配的GPU提供圖像渲染。下圖所示為工作站主機內部構造,可以看到一塊很大的顯卡,以及兩個巨大的散熱器提供高運算時的散熱需求。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys結果圖片4

工作站硬件內部構造

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys結果圖片5
HP Z820工作站

但是自己購買服務器和維護硬件的成本很高,現在越來越多的公司將數據維護和計算所需的硬件支持交給了公有云的提供商。

公有云簡單說就是由公有云服務提供商提供硬件支持和運行軟件的平臺,你可以將你的數據或者軟件代碼運行在云端上。

“云計算”(公有云)根據定義是指通過互聯網以按使用量定價方式付費的 IT 資源和應用程序的按需交付

云計算以一種簡單的方式通過互聯網訪問服務器、存儲空間、數據庫和各種應用程序服務。這樣,只要你有可以上網的終端,哪怕終端硬件再簡陋,只有有網速保證,你也可以在云端上進行工作。

“云”讓您可以快速訪問靈活且成本低廉的 IT 資源。透過云計算,您無需先期巨資投入硬件,再花大量時間來維護和管理這些硬件。與此相反,您可以精準配置所需的適當類型和規(guī)模的計算資源,為您的新點子提供創(chuàng)意,或者幫助運作您的 IT 部門。您可以根據需要訪問任意多的資源,基本是實時訪問,而且只需按實際用量付費。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys仿真分析圖片6

云計算示意圖

主流云計算提供商

云計算是高端的前沿科技,前期需要很高的資金投入以及技術儲備,目前云計算市場被美國幾大巨頭所壟斷,分別是微軟的Microsoft Azure云服務、亞馬遜的AWS云服務(Amazon Web Service)以及Google的Google Drive和傳統(tǒng)的IT巨頭IBM等,在我國主要有阿里巴巴的阿里云。

但目前云計算的市場主要還是被三大巨頭所領導,分別是亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)和谷歌(Google),其中亞馬遜第一,微軟第二,谷歌第三但和前兩名差距較大,其余云服務提供商如IBM、甲骨文等基本處在第二梯隊。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys仿真分析圖片7

云計算在中國發(fā)展迅速,每年的增長態(tài)勢非常迅猛,下圖是數據分析公司IDC對中國市場的預測和規(guī)?，F狀的統(tǒng)計。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys仿真分析圖片8

云計算在中國市場的未來和現狀

下面是亞馬遜(Amazon)云計算服務的宣傳視頻:

AWS宣傳視頻

云計算在有限元分析領域的發(fā)展現狀

云計算在有限元分析(CAE/CFD)領域的興起在最近幾年才發(fā)展起來,我們知道,有限元分析對計算能力要求極高,特別是對圖形的渲染是所有工程領域中最高的,我們稱之為高性能計算(HPC)。所以在云計算的發(fā)展初期,那時候的硬件資源非常的珍貴且圖形渲染所需的GPU也不是很強大,有限元分析軟件提供商并沒有提供基于云端的計算服務。但近些年,云計算提供商投入大量巨資在世界各地建立大型的數據中心(datacenter),并配置了性能更加強勁的GPU,為有限元分析在云端的運行提供了可能。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys仿真分析圖片9
微軟位于愛爾蘭的數據中心

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys培訓課程圖片10

亞馬遜位于弗吉尼亞州的數據中心

目前幾乎所有的有限元分析軟件提供商都有提供云計算的服務。但這些公司由于有不同的事業(yè)部和全球布局,所以他們在選擇云計算供應商時,一般都會同時選擇,比如ansys、Altair、Comsol、Siemens、達索的Solidworks和Catia等公司同時選擇了亞馬遜的AWS和微軟的Azure云服務。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys培訓課程圖片11

Ansys云計算架構示意圖

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys培訓課程圖片12

運行在AWS上的Altair

通過將軟件移植到云端,提供和單個軟件類似的界面。無論你身在何處,只有你有終端設備,不論是電腦,平板或者手機都能通過互聯網訪問你的數據。

云計算供應商根據你的需求提供服務,你可以自行選擇買多少內核為你計算,下表是UberCloud公司對工作站和云計算能力的對比,可以看出云計算在計算時間上具有巨大優(yōu)勢。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys培訓課程圖片13

云計算和傳統(tǒng)的工作站的計算能力對比(來自UberCloud)

安全性考慮

雖然大部分有限元軟件提供商提供了云端的計算服務,但對于很多大公司來說,考慮到數據的安全性,他們并不愿意將數據儲存在公有云上,而是仍然選擇私有云,很多大公司的電腦為了數據安全甚至連USB接口都是加密的。所以目前為止,除了一些新興的公司,在使用有限元分析的大公司中還很少有使用公有云端服務的,這也阻礙著有限元軟件提供商提供更多更全面的云計算。

但有些公司已經慢慢意識到,維護自己的私有服務器在成本和安全性上優(yōu)勢并不明顯,所以干脆轉向公有云,大公司船大難掉頭,但隨著時間的推移,云計算會得到更廣泛的認可。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys workbanch圖片14

comsol公司的云計算界面

用戶體驗

雖然有限元軟件供應商提供有類似界面的云端計算,但功能并不全面,且考慮到網速的差異,用戶體驗并不能說太好,但隨著云計算的不斷普及,基于有限元法的云計算將不斷完善,且隨著網絡基礎設施的不斷完善以及移動互聯網的快速發(fā)展,云計算將大有可為。

在移動互聯網時代,移動式辦公越來越普遍。對有限元分析員來說,設備的高性能和輕薄便攜是理想的選擇,而目前新興的搭載windows系統(tǒng)的高性能便攜式平板也不斷面向市場,如微軟家族的surface平板在國外的CAD/CAE領域就非常受歡迎。雖然這些設備比起工作站來說性能還不能相比,但比起早幾年的筆記本卻毫不遜色。所以我們可以相信,隨著云計算和移動互聯網的普及,移動式辦公將為有限元分析提供更美妙的體驗。

云計算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”ansys workbanch圖片15
微軟平板電腦surface pro