曙光CAE高性能计算解决方案(2)

时间:2008-11-22

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根据求解算法的不同，CAE分析软件总体上可以分为隐式和显式两类。采用隐式算法的软件主要有ABAQUS/Standard、ANSYS、MSC.NASTRAN等，适合求解静力、模态、屈曲等问题；采用显式算法的软件主要有ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH等，适合求解接触、碰撞、冲击等问题。

从对计算资源的需求来说，隐式解法的基本特点是内存占用多、磁盘IO大、进程通信量大，因此，隐式解法要求系统的内存容量大、访存带宽高、磁盘IO速度快、通信延迟低；相对而言，显式解法对内存、磁盘IO和通信延迟的要求要低一些。

从软件的扩展性上来说，隐式算法和显式算法有明显的区别。采用隐式算法的软件，扩展性比较差，计算性能在8-16 CPU以上就很难获得进一步的提升；而采用显式算法的软件，扩展性就要好得多，在64-128 CPU以内都能获得较好的并行性能。

从并行技术的角度来说，隐式算法通常采用OpenMP或者Pthreads等共享内存的方式实现，而显式算法通常采用MPI或者PVM等消息传递方式实现。采用共享内存方式的优点是实现容易，性能较高，但只能运行在SMP结构的服务器上；而消息传递方式则可适用于SMP或者DMP结构的服务器上。不过，随着集群计算的发展，SMP平台上的大多数算法也已移植到了DMP平台上，虽然并不完全。比如ABAQUS/Standard的Direct求解器和Lanczos特征值求解器就只支持Threads模式，因此必须采用SMP平台才能实现并行计算。

显式算法和隐式算法的比较

隐式算法

显式算法

典型的软件

ABAQUS/Standard、ANSYS、MSC.NASTRAN

ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH

求解的问题

静力、模态、屈曲等

接触、碰撞、冲击等

算法的特点

内存占用多、磁盘IO大、进程通信量大

相对而言，内存、IO和通信量要少一些

对硬件的要求

内存容量大、访存带宽高、磁盘IO速度快、通信延迟低

相对而言，系统硬件配置可低一些

算法的扩展性

8-16 CPU

64-128 CPU

三、CAE硬件平台的选择

CAE硬件平台的选择对CAE项目的成功实施至关重要，它直接影响到CAE项目的运行、管理和维护。对于用户来讲，往往是在软件选型已经完成之后，才开始考虑硬件选型。因此在硬件平台的选择上，必须综合考虑不同应用软件的特点，才能确定最佳配置方案。

3.1并行体系结构的选择

目前市场上的高性能服务器主要有共享内存的SMP和分布式内存的Cluster两种体系结构。在共享内存的系统中，所有的处理器通过公用的总线可以使用一个共同的物理内存空间，因此，每个CPU和其他CPU共享所有内存。常见的产品有SGI的Altix和Origin系列、HP的SuperDome系列等。在分布式内存的系统中，每个计算节点拥有属于自己的内存，不能由其他计算节点使用。节点之间由专用的高速通信网络连接，通过消息传递接口MPI进行通信。常见的产品有曙光天潮系列、联想深腾系列等。

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