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2013-06-21 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
軟件需求和硬件性能總是交替上升,相互促進(jìn),其最終目標(biāo)則是更好地滿足客戶日益增長(zhǎng)的需求。當(dāng)前,機(jī)電一體化產(chǎn)品的復(fù)雜度越來(lái)越復(fù)雜,市場(chǎng)對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的需求也在加大,這迫使三維設(shè)計(jì)和分析軟件的功能越來(lái)越強(qiáng)大,相應(yīng)地,用戶也需要性能更為強(qiáng)勁的硬件平臺(tái),以便流暢運(yùn)行系統(tǒng)需求驚人的應(yīng)用程序。
軟件方面,從2006年3月開(kāi)始到現(xiàn)在,三大高端三維CAD軟件——CATIA、NX(UG)、proe和三大中端主流三維CAD軟件——Solidworks、Solidedge、Inventor,全部完成了版本的升級(jí),悉數(shù)提供支持64位操作系統(tǒng)的版本。在系統(tǒng)運(yùn)行效能大為提高的同時(shí),對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求也上了一個(gè)臺(tái)階。以最新的Autodesk Inventor 11版本為例,它能操作超過(guò)1000個(gè)零件的大模型,而所需硬件配置也大為提高:3GHz以上的處理器,3GB以上的內(nèi)存,至少128MB顯存的工作站級(jí)顯卡,以及3.5GB以上的硬盤(pán)空間。這已經(jīng)是非常主流甚至高端的工作站配置了。
圖1 三大高端三維軟件全部更新
硬件方面,隨著新的硬件技術(shù)的不斷涌現(xiàn),硬件性能不斷提高,價(jià)格不斷降低。年初,三大工作站廠商之一的IBM推出了IBM IntelliStation M Pro 6218系列個(gè)人圖形工作站,本人在《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》雜志的幫助下得到了一臺(tái)試用樣機(jī),開(kāi)始了自己的第一次PC構(gòu)架工作站使用歷程。
我的第一臺(tái)PC構(gòu)架個(gè)人工作站
作為一名技術(shù)工程師和研發(fā)人員,我進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的平臺(tái)是一臺(tái)高性能PC,而進(jìn)行分析計(jì)算的平臺(tái)則采用單位的高性能計(jì)算后臺(tái),后臺(tái)是由17臺(tái)AIX服務(wù)器組成的分布網(wǎng)格平臺(tái)。平時(shí),要完成計(jì)算任務(wù),我們僅需要在計(jì)算任務(wù)提交界面填寫(xiě)必要的計(jì)算參數(shù),選擇內(nèi)存和CPU數(shù)的資源配置參數(shù),再選擇解算器即可以開(kāi)始了,很少利用個(gè)人圖形工作站。因此,IBM IntelliStation M Pro 6218是我接觸的第一臺(tái)PC構(gòu)架的個(gè)人圖形工作站。
M Pro 6218系列是IBM公司基于Intel i955X芯片組推出的新型個(gè)人圖形工作站,基于新的芯片組、處理器,靈活搭配處理器、內(nèi)存和專業(yè)圖卡,可以完成從零件設(shè)計(jì)到復(fù)雜部件設(shè)計(jì)的各種復(fù)雜度的工作。M Pro 6218系列的配置情況如表1所示。
其實(shí),個(gè)人圖形工作站與普通PC的構(gòu)架基本相同,但在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)上存在較大差別。第一,處理器和芯片組往往采用市場(chǎng)上的前沿高端產(chǎn)品,以保證系統(tǒng)的浮點(diǎn)計(jì)算能力、系統(tǒng)帶寬,以及能采用前沿的技術(shù);第二,內(nèi)存帶有ECC校驗(yàn)功能,數(shù)量符合主流應(yīng)用需求,且升級(jí)空間較大;第三,顯卡采用專業(yè)OpenGL顯卡,能更好的處理三維CAD模型數(shù)據(jù);第四,硬盤(pán)采用SATA或SCSI標(biāo)準(zhǔn),提供更高的傳輸帶寬;第五,圖形工作站的制造和檢驗(yàn)過(guò)程比PC嚴(yán)格得多,其選件標(biāo)準(zhǔn)也遠(yuǎn)高于普通PC,因此其系統(tǒng)的穩(wěn)定性比PC好,如IBM的IntelliStation系列圖形工作站就采用了服務(wù)器制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);第六,IBM等品牌圖形工作站要經(jīng)過(guò)軟件商的認(rèn)證,以保證各版本CAD軟件的兼容性。
我得到的樣機(jī)處理器完整繼承了工作站的上述貴族血統(tǒng)特征,采用了3.0 GHz Intel Pentium 4,采用1GB的PC-4200 ECC DDR2 雙通道內(nèi)存,配合ATI FIREGL V3100專業(yè)顯卡。在整個(gè)M Pro 6218系列中屬于中低端配置。我在Viewperf 9.0中進(jìn)行了圖形系統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試。表2是此套M Pro 6218配置的測(cè)試結(jié)果。這個(gè)測(cè)試結(jié)果比我平常使用的高端PC提高了至少21%,在proe項(xiàng)目測(cè)試中,甚至提高了160之多,這充分證明了工作站在專業(yè)圖形處理方面的價(jià)值。
PAM-CRASH 2G測(cè)試
由于筆者平時(shí)的工作側(cè)重于分析計(jì)算,下面我們就體驗(yàn)一下M Pro 6218的計(jì)算性能。
我采用了經(jīng)常使用的PAM-CRASH軟件。它是法國(guó)ESI開(kāi)發(fā)的三維碰撞沖擊仿真模擬系統(tǒng),主要基于顯式有限元算法,比較擅長(zhǎng)處理大位移、大旋轉(zhuǎn)、大應(yīng)變和接觸碰撞等問(wèn)題。這套軟件在汽車、機(jī)車、船舶和航空航天等領(lǐng)域內(nèi)主要被研發(fā)人員用于模擬、分析高速碰撞問(wèn)題。我們使用了PAM-CRASH的SAFE模塊,用于分析汽車側(cè)碰情況下車架和安全氣囊、方向盤(pán)、前操作面板等車內(nèi)主要部件的變形情況。測(cè)試模型包括了28種材料,由28個(gè)組件構(gòu)成,被劃分為15734個(gè)單元。時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定為0.9,速度因子0.1。PAM-CRASH可以支持多核、多線程和多路處理器,主要采用共享內(nèi)存的方式。這套系統(tǒng)不是BENCHMARK程序,而是真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境。
由于3.0 GHz Intel Pentium 4(Intel Pentium 4 630)處理器支持多線程技術(shù),我在運(yùn)算前打開(kāi)了解算器的兩個(gè)線程。
測(cè)試使用的算例以殼單元為主,計(jì)算循環(huán)數(shù)在49000以上。為了能看出測(cè)試系統(tǒng)的真實(shí)性能,我們同時(shí)利用AIX計(jì)算網(wǎng)格的雙處理器(最低只能選擇兩個(gè)處理器)和1GB內(nèi)存,也采用雙線程進(jìn)行了計(jì)算,作為對(duì)比。結(jié)果如表3和附圖所示。
表4 PAM-CRASH的測(cè)試成績(jī)
這是一場(chǎng)不公平的對(duì)決,AIX服務(wù)器的運(yùn)算性能是非常強(qiáng)的,而且是雙路處理器、純64位系統(tǒng),即使我們僅允許其使用1GB內(nèi)存,限制了64位系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),其結(jié)果也必然是AIX計(jì)算服務(wù)器勝出。理論上,M Pro 6218的計(jì)算耗時(shí)應(yīng)該與AIX系統(tǒng)存在很大差距,然而,出乎我的意料,M Pro 6218在少一顆處理器,運(yùn)算系統(tǒng)未經(jīng)優(yōu)化、且基于32 位系統(tǒng)的情況下,僅比AIX系統(tǒng)落后18.5%,雖敗猶榮(要知道AIX單節(jié)點(diǎn)采購(gòu)成本比這個(gè)配置的M Pro 6218要高90%)。如果樣機(jī)采用3.2GHz的雙核Pentium 4處理器,鹿死誰(shuí)手還真未可知。
看來(lái),隨著PC圖形工作站的性能大幅度提升,很多科學(xué)計(jì)算任務(wù)也要轉(zhuǎn)向工作站平臺(tái)。在IBM IntelliStation M Pro 6218進(jìn)行的此次PAM-CRASH測(cè)試就是明證。筆者建議簡(jiǎn)單的應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究任務(wù),可以考慮在高配置的IBM IntelliStation M Pro 系列工作站上運(yùn)行。
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