ANSYS Electronics HPC

Вопрос о скорости решения задач численного моделирования всегда остаётся крайне актуальным. Сложные задачи с большой размерностью сеточной модели рекомендуется решать на высокопроизводительных вычислителях для сокращения времени счёта посредством использования параллельных технологий, реализованных в решателях.

Дополнительные опции для высокопроизводительных вычислений (HPC) позволяют раскрыть весь доступный потенциал многоядерных, многопроцессорных вычислительных станций и решателей пакета ANSYS Electromagnetic Suite, таким образом обеспечивая максимальную скорость и точность решения. Опция распараллеливания ANSYS Electronics HPC значительно упрощает численное решение задач на сложных моделях, содержащих большое количество геометрических деталей, учитывая междисциплинарность физических процессов.

Высокопроизводительные вычисления HPC для пакета программ электромагнитного моделирования ANSYS Electromagnetic Suite доступны с лицензиями HPC\HPC pack, а также в виде отдельных технологий и функций решателей.

Решение задачи взлёта вертолета с кормы корабля в ANSYS HFSS с дополнительными опциями ANSYS HPC, Optimetrics. Автоматический адаптивный сеточный генератор подготавливает сеточную модель для каждого варианта параметрического исследования. Метод декомпозиции (DDM) помогает максимально быстро решить серию крупномасштабных электромагнитных задач.

Каждая одиночная лицензия ANSYS Electronics HPC позволяет задействовать решателям одно дополнительное ядро процессора в процессе решения задачи.

В отличии от одиночных лицензий HPC существуют более выгодные пакетные предложения ANSYS Electronics HPC Pack для многопроцессорных параллельных расчётов.

Для одиночного пользователя обычной рабочей станции достаточно одной лицензии HPC Pack, чтобы предоставить возможность решателям задействовать все 8 вычислительных ядер процессора и, соответственно, увеличить производительность до 8 раз.

Пользователи мощных вычислительных систем (сервера, кластерные сборки) могут использовать несколько лицензий HPC packs для обеспечения параллельных вычислений, которые могут задействовать сотни или даже тысячи вычислительных ядер. Одна лицензия HPC packs позволяет использовать 8 вычислительных ядер, каждая последующая лицензия, увеличивает количество доступные ядер в 4 раза, как показано на рисунке. ANSYS Electronics HPC packs предлагает практически неограниченные возможности по распараллеливанию задач большой размерности в сочетании с возможностью запускать несколько задач одновременно.

Лицензия ANSYS Electronics HPC Workgroup является единой для любого числа рабочих мест и числа запускаемых решателей, поставляется на 16, 32, 64, 128 и т.д. ядер. Позволяет задействовать все доступные вычислительные ядра в различных электромагнитных приложениях ANSYS. Основное преимущество использования лицензий этого типа в том, что в отличии от ANSYS Electronics HPC Packs, где выделение лицензий на ядра всегда кратно 8, ANSYS Electronics HPC Workgroup позволяет произвольно делить между задачами доступные в лицензии ядра процессоров, что крайне актуально в рабочей группе. Рассмотрим два случая:

Две лицензии ANSYS Electronics HPC Pack позволяет:

  • Запуск одной задачи на 32 ядрах
  • Запуск двух задач по 8 ядер на каждую

Одна Лицензия ANSYS Electronics HPC Workgroup 16 позволяет:

  • Запуск одной задачи на 16 ядрах
  • Запуск двух задач по 8 ядер на каждую
  • Запуск трех задач по 7+7+2 ядра
  • Запуск четырех задач по 4 ядра на каждую
  • И так далее до 16 одновременных задач.

Лицензии ANSYS Electronics HPC дают возможность значительно ускорять численный анализ посредством технологий параллельных вычислений. Модули для электромагнитного моделирования: ANSYS HFSS, ANSYS Q3D Extractor, ANSYS SIwave, ANSYS Maxwell и ANSYS Designer RF/SI используют одинаковые опции высокопроизводительных вычислений. Таким образом, единая лицензия ANSYS Electronics HPC обеспечивает возможностями параллельных вычислений всех решателей для электромагнитного численного анализа.

Использование ANSYS Electronics HPC дает возможность использовать всю производительность многоядерных процессоров, что значительно сокращает время счёта. Технология распараллеливания ускоряет создание начальной сеточной модели, решение матриц прямыми и итерационными решателями, визуализацию полевого решения. Как показано на рисунке, подключение лицензии ANSYS Electronics HPC даёт увеличение производительности вычислений каждый раз на 20 процентов, по мере увеличения задействованных ядер.

Электромагнитный анализ в широком диапазоне частот связан с значительными временными затратами, так как традиционный метод вычислений предполагает последовательное решение задачи для каждой точки частотного диапазона. Метод спектральной декомпозиции (SDM) с использованием лицензии ANSYS Electronics HPC разбивает частотный диапазон на несколько подгрупп, распределяет и запускает одновременное решение множества частотных точек на локальных или сетевых вычислительных ядрах, тем самым значительно сокращая общее время моделирования в полосе частот.

Метод спектральной декомпозиции поддерживает параллельные процессы (multithreading), что ускоряет расчёт каждой отдельной точки частотного диапазона, сам же метод производит параллельный расчёт множества частотных точек.

Метод спектральной декомпозиции является масштабируемым для большого количества вычислительных ядер.

Метод спектральной декомпозиции обеспечивает более эффективный интерполяционный расчет параметров в диапазоне частот.

Метод декомпозиции области (DDM), доступен только для ANSYS HFSS, и позволяет распределять решение задачи большой размерности между множеством вычислительных ядер, в том числе и сетевых. DDM также значительно ускоряет процесс решения, а для случаев, когда ввиду больших требованиях задачи к физической памяти вычислительного узла задача не решается, то DDM становится единственным возможным вариантом.

Декомпозиция области

Непрерывная конечно-элементная сеточная модель всей структуры делится на подобласти, используется технология параллельного решения с распределённой памятью (DMP) для распределения решений для каждой подобласти сеточной модели в сети вычислительных процессоров. После завершения решения на головном узле воссоздаётся полное решение для всей структуры. Декомпозиция области отличается высокой масштабируемостью для большого числа процессоров и использует параллельные процессы (multithreading) для уменьшения времени для решения каждой отдельной подобласти.

Метод декомпозиции позволяет разделить единую сеточную модель на подобласти. Для быстрого решения применяется технология параллельного решения с распределенной памятью в вычислительной сети.

Декомпозиция периодической области

Метод декомпозиции периодической области доступен для пользователей ANSYS HFSS. Метод использует технику параллельных решений с распределённой памятью и очень актуален при решении таких задач, как антенные решётки, с конечной периодической геометрической структурой. Периодические ячейки сеточной модели распределяются для решения на вычислительные узлы локальной сети с распределённой памятью, используются параллельные процессы (multithreading) для уменьшения времени для решения каждой отдельной периодической подобласти, служба обмена сообщениями стандарта MPI позволяет поддерживать связь между множеством одновременных решений.

Скорость решения этим методом обусловлена, в частности, использованием одной адаптивной сеточной модели периодической ячейки для моделирования периодической структуры на множестве процессоров. Автоматическое создание областей делает этот метод простым в освоении и реализации.

Метод декомпозиции периодической области эффективное решение для моделирования полей антенных решёток.

Гибридный метод декомпозиции области

Гибридный метод декомпозиции области используется в моделях, содержащих элементы для двух численных методов решения задач электромагнитного поля: методе конечных элементов (FEM) и методе интегральных уравнений моментов (IE). Решатель программного модуля ANSYS HFSS-IE использует гибридную технологию FEM-IE для решения электромагнитных задач большой размерности.

Гибридный метод обладает лучшими свойствами обоих вычислительных технологий: способность решать задачи с сложными геометрическими моделями, многослойными структурами и напрямую вычислять функции Грина в задачах на излучение и рассеяние электромагнитных волн.

Гибридный метод декомпозиции области значительно ускоряет процесс решения матриц посредством технологии параллельного решения с распределённой памятью в локальной вычислительной сети.

Для гибридного метода декомпозиции области в ANSYS HFSS для каждой области указывается численный метод решения FEM или IE, что существенно увеличивает скорость решения задачи.

Распределенные вычисления матрицы – это технология параллельного решения матриц с распределённой памятью в локальной вычислительной сети с использованием решателя HFSS-IE. Решатель HFSS-IE использует метод моментов для вычисления токов на поверхностях диэлектрических и токопроводящих объектов.

Этот метод расчетов поддерживает параллельные процессы (multithreading), что обеспечивает более быстрое решение каждой отдельной части матрицы.

Метод распределённого вычисления матриц использует все доступные вычислительные процессоры и оперативную память в локальной сети, что значительно увеличивает скорость решения для решателя ANSYS HFSS-IE.

Не нужно быть экспертом в IT технологиях и распараллеливанию для использования ANSYS Electronics HPC. Несколько простых операций в меню программного обеспечения ANSYS позволяют запускать параллельное или распределённое решение на многоядерных вычислительных станциях или на удалённом кластере. Все, что требуется для подготовки рабочего места, включая инструменты MPI для обмена сообщениями, поставляется в комплекте с программным обеспечением.

Технологии ANSYS поддерживают планировщики задач: Platform LSF, PBS Professional и Microsoft Windows HPC Server. Используя пользовательский интерфейс GUI и\или настраиваемые сценарии, продукты ANSYS без труда интегрируются в Вашу вычислительную среду.

ANSYS Electronics HPC обеспечивает параллельную обработку на множестве вычислительных платформах. ANSYS HPC могут быть использованы на многоядерных станциях, существенно увеличивая производительность отдельных рабочих мест. Высочайшая производительность и масштабируемость для рабочих групп, параметрических и оптимизационных расчётов, достигается при использовании кластеров под управлением операционных системе Linux или Microsoft Windows. ANSYS MPI для параллельной обработки поддерживает Gigabit Ethernet (GigE) или Infiniband интерконнекты от различных производителей, необходимые инструменты MPI поставляются в комплекте с программным обеспечением. Программное обеспечение ANSYS сертифицировано Intel Cluster Ready (ICR), и без труда развертывается и выполняется на решениях поставщиков ICR.

Специалисты нашей компании всегда могут проконсультировать ваших IT системных администраторов по вопросам подбора оборудования для организации высокопроизводительных HPC систем.