云計(jì)算(cloud computing)為CAE/CFD仿真插上“翅膀”

2017-03-23  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

云計(jì)算(Cloud Computing)這個(gè)詞大家并不陌生,和萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、大數(shù)據(jù)(Big Data)以及人工智能(AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等熱門(mén)詞一樣經(jīng)常見(jiàn)諸于網(wǎng)絡(luò)。云計(jì)算是當(dāng)下流行的科技趨勢(shì),是很多大公司角逐的對(duì)象。

那么云計(jì)算和有限元分析有什么關(guān)系呢?云計(jì)算目前已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,在有限元分析領(lǐng)域也逐漸被人所利用。今天我們就來(lái)談?wù)勗朴?jì)算在有限元分析領(lǐng)域的現(xiàn)狀。

什么是云計(jì)算(cloud computing)

云計(jì)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(shí)并不陌生,很久以前就有使用,且目前在公有云沒(méi)有占主導(dǎo)地位的情況下私有云仍然是主流的,但私有云市場(chǎng)正在不斷萎縮,雖然沒(méi)有到日薄西山的地步,但公有云占主導(dǎo)地位只是時(shí)間問(wèn)題。今天我們主要講大有潛力的公有云(后面提到的云計(jì)算泛指公有云)。

私有云簡(jiǎn)單的說(shuō)就是公司或者團(tuán)體自己購(gòu)買硬件搭建服務(wù)器,將數(shù)據(jù)保存在自己的服務(wù)器上并提供運(yùn)算支持。

私有服務(wù)器

但有些公司的服務(wù)器并沒(méi)有強(qiáng)大的計(jì)算能力。此時(shí),在工作內(nèi)容對(duì)計(jì)算要求較高的場(chǎng)合,就需要配合終端的工作站(Workstation)提供一對(duì)一的計(jì)算。工作站是一種通用微型計(jì)算機(jī),它是提供給單用戶使用,并提供比普通PC電腦運(yùn)算能力高的計(jì)算機(jī)。如下圖所示

工作站示意圖

一般單個(gè)工作站的硬件配置都非常高,比如標(biāo)配都都是CPU為英特爾至強(qiáng)處理器(Xeon),16G的運(yùn)行內(nèi)存以及高配的GPU提供圖像渲染。下圖所示為工作站主機(jī)內(nèi)部構(gòu)造,可以看到一塊很大的顯卡,以及兩個(gè)巨大的散熱器提供高運(yùn)算時(shí)的散熱需求。

工作站硬件內(nèi)部構(gòu)造

HP Z820工作站

但是自己購(gòu)買服務(wù)器和維護(hù)硬件的成本很高,現(xiàn)在越來(lái)越多的公司將數(shù)據(jù)維護(hù)和計(jì)算所需的硬件支持交給了公有云的提供商。

公有云簡(jiǎn)單說(shuō)就是由公有云服務(wù)提供商提供硬件支持和運(yùn)行軟件的平臺(tái),你可以將你的數(shù)據(jù)或者軟件代碼運(yùn)行在云端上。

“云計(jì)算”(公有云)根據(jù)定義是指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以按使用量定價(jià)方式付費(fèi)的 IT 資源和應(yīng)用程序的按需交付

云計(jì)算以一種簡(jiǎn)單的方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器、存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)庫(kù)和各種應(yīng)用程序服務(wù)。這樣,只要你有可以上網(wǎng)的終端,哪怕終端硬件再簡(jiǎn)陋,只有有網(wǎng)速保證,你也可以在云端上進(jìn)行工作。

“云”讓您可以快速訪問(wèn)靈活且成本低廉的 IT 資源。透過(guò)云計(jì)算,您無(wú)需先期巨資投入硬件,再花大量時(shí)間來(lái)維護(hù)和管理這些硬件。與此相反,您可以精準(zhǔn)配置所需的適當(dāng)類型和規(guī)模的計(jì)算資源,為您的新點(diǎn)子提供創(chuàng)意,或者幫助運(yùn)作您的 IT 部門(mén)。您可以根據(jù)需要訪問(wèn)任意多的資源,基本是實(shí)時(shí)訪問(wèn),而且只需按實(shí)際用量付費(fèi)。

云計(jì)算示意圖

主流云計(jì)算提供商

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

但目前云計(jì)算的市場(chǎng)主要還是被三大巨頭所領(lǐng)導(dǎo),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(wù)提供商如IBM、甲骨文等基本處在第二梯隊(duì)。

云計(jì)算在中國(guó)發(fā)展迅速,每年的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)非常迅猛,下圖是數(shù)據(jù)分析公司IDC對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)和規(guī)模現(xiàn)狀的統(tǒng)計(jì)。

云計(jì)算在中國(guó)市場(chǎng)的未來(lái)和現(xiàn)狀

下面是亞馬遜(Amazon)云計(jì)算服務(wù)的宣傳視頻:

AWS宣傳視頻

云計(jì)算在有限元分析領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

云計(jì)算在有限元分析(CAE/CFD)領(lǐng)域的興起在最近幾年才發(fā)展起來(lái),我們知道,有限元分析對(duì)計(jì)算能力要求極高,特別是對(duì)圖形的渲染是所有工程領(lǐng)域中最高的,我們稱之為高性能計(jì)算(HPC)。所以在云計(jì)算的發(fā)展初期,那時(shí)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(qiáng)大,有限元分析軟件提供商并沒(méi)有提供基于云端的計(jì)算服務(wù)。但近些年,云計(jì)算提供商投入大量巨資在世界各地建立大型的數(shù)據(jù)中心(datacenter),并配置了性能更加強(qiáng)勁的GPU,為有限元分析在云端的運(yùn)行提供了可能。

微軟位于愛(ài)爾蘭的數(shù)據(jù)中心

亞馬遜位于弗吉尼亞州的數(shù)據(jù)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(jì)算的服務(wù)。但這些公司由于有不同的事業(yè)部和全球布局,所以他們?cè)谶x擇云計(jì)算供應(yīng)商時(shí),一般都會(huì)同時(shí)選擇,比如ansys、Altair、Comsol、Siemens、達(dá)索的Solidworks和Catia等公司同時(shí)選擇了亞馬遜的AWS和微軟的Azure云服務(wù)。

Ansys云計(jì)算架構(gòu)示意圖

運(yùn)行在AWS上的Altair

通過(guò)將軟件移植到云端,提供和單個(gè)軟件類似的界面。無(wú)論你身在何處,只有你有終端設(shè)備,不論是電腦,平板或者手機(jī)都能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)你的數(shù)據(jù)。

云計(jì)算供應(yīng)商根據(jù)你的需求提供服務(wù),你可以自行選擇買多少內(nèi)核為你計(jì)算,下表是UberCloud公司對(duì)工作站和云計(jì)算能力的對(duì)比,可以看出云計(jì)算在計(jì)算時(shí)間上具有巨大優(yōu)勢(shì)。

云計(jì)算和傳統(tǒng)的工作站的計(jì)算能力對(duì)比(來(lái)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(jì)算服務(wù),但對(duì)于很多大公司來(lái)說(shuō),考慮到數(shù)據(jù)的安全性,他們并不愿意將數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(shù)據(jù)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(wù)的,這也阻礙著有限元軟件提供商提供更多更全面的云計(jì)算。

但有些公司已經(jīng)慢慢意識(shí)到,維護(hù)自己的私有服務(wù)器在成本和安全性上優(yōu)勢(shì)并不明顯,所以干脆轉(zhuǎn)向公有云,大公司船大難掉頭,但隨著時(shí)間的推移,云計(jì)算會(huì)得到更廣泛的認(rèn)可。

comsol公司的云計(jì)算界面

用戶體驗(yàn)

雖然有限元軟件供應(yīng)商提供有類似界面的云端計(jì)算,但功能并不全面,且考慮到網(wǎng)速的差異,用戶體驗(yàn)并不能說(shuō)太好,但隨著云計(jì)算的不斷普及,基于有限元法的云計(jì)算將不斷完善,且隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,云計(jì)算將大有可為。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,移動(dòng)式辦公越來(lái)越普遍。對(duì)有限元分析員來(lái)說(shuō),設(shè)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(chǎng),如微軟家族的surface平板在國(guó)外的CAD/CAE領(lǐng)域就非常受歡迎。雖然這些設(shè)備比起工作站來(lái)說(shuō)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(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及,移動(dòng)式辦公將為有限元分析提供更美妙的體驗(yàn)。

微軟平板電腦surface pro

演示人員通過(guò)surface演示運(yùn)行solidworks軟件

云計(jì)算在有限元分析領(lǐng)域雖然還沒(méi)有普及,但隨著云計(jì)算的不斷完善,價(jià)格越來(lái)越低廉,性能會(huì)越來(lái)越高,用戶體驗(yàn)也會(huì)越來(lái)越好,加上高速網(wǎng)絡(luò)的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,基于云計(jì)算的有限元分析將會(huì)有廣闊的未來(lái)。而你需要做的就是學(xué)好有限元,隨時(shí)準(zhǔn)備迎接新時(shí)代的到來(lái)!

下面的視頻是ansys公司的云計(jì)算宣傳視頻:

Ansys云計(jì)算宣傳視頻

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