仿真工程師談到了行業(yè)挑戰(zhàn)和AMD最新計(jì)算處理器加速結(jié)構(gòu)模擬。

我們最近采訪了達(dá)索系統(tǒng)公司Abaqus統(tǒng)一有限元分析的R&D產(chǎn)品經(jīng)理，了解更多有關(guān)行業(yè)挑戰(zhàn)和利用AMD最新計(jì)算處理器加速結(jié)構(gòu)模擬的信息。以下是一些相關(guān)的問題及解答。

問：需要仿真的行業(yè)挑戰(zhàn)有哪些？SIMULIA的Abaqus/Explicit如何幫助解決這些挑戰(zhàn)？

各個(gè)領(lǐng)域的公司都面臨著多方面的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)因素推動(dòng)著降低成本和提高效率的努力，同時(shí)不斷轉(zhuǎn)變的消費(fèi)模式、政府法規(guī)和技術(shù)進(jìn)步給快速將新產(chǎn)品推向市場帶來了壓力。

無論是設(shè)計(jì)具有駕駛輔助和自主功能的電動(dòng)汽車，性能更好、壽命更長的輪胎，還是具有獨(dú)特可折疊顯示屏的小型智能移動(dòng)設(shè)備，大大小小的公司都在使用SIMULIA為結(jié)構(gòu)、流體、聲學(xué)、多體運(yùn)動(dòng)、電磁學(xué)以及設(shè)計(jì)探索和優(yōu)化提供了廣泛的模擬應(yīng)用。因此，公司能夠快速評(píng)估產(chǎn)品性能，減少開發(fā)時(shí)間和成本。

Abaqus/Explicit 有限元求解器是推動(dòng)這些進(jìn)步的產(chǎn)品之一。它擅長解決高度非線性問題——既包括汽車碰撞或消費(fèi)電子產(chǎn)品跌落測試等短期瞬態(tài)動(dòng)態(tài)事件，也包括金屬成型和材料損壞等準(zhǔn)靜態(tài)事件，這些事件對(duì)隱式求解器來說具有挑戰(zhàn)性，但對(duì)快速開發(fā)制造工藝或評(píng)估設(shè)計(jì)安全性極其有用。Abaqus/Explicit還包括專門的求解技術(shù)，如耦合歐拉-拉格朗日(CEL)分析，以模擬輪胎打滑或彈道沖擊等問題；平滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)模擬晃動(dòng)或氣囊膨脹等問題；以及任意拉格朗日-歐拉(ALE)分析的自適應(yīng)重新網(wǎng)格化，以模擬具有極端變形的成形過程。

用Abaqus/Explicit模擬輪胎在水中運(yùn)行，以及水進(jìn)入螺紋時(shí)輪胎與輪胎的接觸。這種類型的模擬有助于改進(jìn)輪胎胎面設(shè)計(jì)，以減少打滑。

問：為什么AMD的計(jì)算處理器對(duì)顯式FEA用戶很重要？

當(dāng)我想到我們希望如何提升用戶對(duì)Abaqus/Explicit的體驗(yàn)時(shí)，我想到了三個(gè)方面更大，更好，和更快的。我希望未來的用戶能夠運(yùn)行比今天更大的模型，比今天更逼真地模擬更復(fù)雜的問題，并在比今天更短的時(shí)間內(nèi)得到答案。這較好的這個(gè)三位一體的一部分依賴于我們?cè)赟IMULIA研發(fā)部門的工作更大的和更快的部分依賴于計(jì)算能力的進(jìn)步，AMD在這方面提供了最新的EPYC處理器和3D V-Cache。

更大的這意味著憑借AMD最新EPYC CPU的高內(nèi)核數(shù)量和更大的可尋址內(nèi)存池，您可以在單個(gè)系統(tǒng)上運(yùn)行過去需要大型計(jì)算集群或超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)才能解決的問題。如果您可以在大型集群或云計(jì)算解決方案中使用數(shù)千個(gè)相同的AMD EPYC CPU內(nèi)核，您就可以在具有超過1億個(gè)元素的新問題類別上獲得性能提升?？梢哉f是三部曲中最重要的一部——更快的–意味著通過利用更多內(nèi)核和改進(jìn)的處理器架構(gòu)，您可以在更短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行仿真。這使您能夠利用SIMULIA過程自動(dòng)化和設(shè)計(jì)探索應(yīng)用程序來加快您的設(shè)計(jì)進(jìn)度或模擬更多的設(shè)計(jì)迭代，以實(shí)現(xiàn)更加全面優(yōu)化的解決方案。

問：具體來說，Abaqus/Explicit如何利用新的AMD處理器？

SIMULIA的Abaqus R&D團(tuán)隊(duì)與AMD團(tuán)隊(duì)合作，驗(yàn)證Abaqus/Explicit與AMD最新處理器的兼容性，評(píng)估我們的Abaqus基準(zhǔn)模型的性能增益，并確保我們的代碼盡可能充分利用新的處理器開發(fā)，如增加的高速緩存大小、內(nèi)核互連和布局以及內(nèi)存帶寬。AMD最近的性能簡報(bào)強(qiáng)調(diào)了我們的SIMULIA e13(汽車碰撞)和e14(跌落測試)Abaqus/Explicit基準(zhǔn)測試(DS上提供的型號(hào))的綜合性能提升知識(shí)庫)使用他們最新的采用3D V-Cache技術(shù)的EPYC處理器證明了這些合作和處理器進(jìn)步的好處。

特別是，Abaqus/Explicit的性能往往強(qiáng)烈依賴于內(nèi)存帶寬，這意味著它從最新AMD處理器提供的更大內(nèi)存吞吐量以及3D V-Cache支持的大緩存大小中受益匪淺，這兩者都有助于保持處理器內(nèi)核的數(shù)據(jù)供應(yīng)，以減少運(yùn)行時(shí)間。

這AMD性能簡介顯示了采用AMD 3D V-Cache技術(shù)的AMD EPYC 9684X (96核)處理器的2P服務(wù)器，與采用AMD 3D V-Cache技術(shù)的上一代高內(nèi)核數(shù)64核AMD EPYC 7773X處理器的2P服務(wù)器相比，性能提升了約2.13倍。此外，采用32核AMD EPYC 9384X處理器的2P服務(wù)器性能優(yōu)于采用相同前代高核數(shù)64核AMD EPYC 7773X處理器的2P服務(wù)器，性能提升了約1.22倍。AMD 3D V-Cache技術(shù)提供的三級(jí)高速緩存是同代處理器的三倍。這款大型三級(jí)高速緩存能夠持續(xù)向處理器提供數(shù)據(jù)，而無需訪問CPU之外的主內(nèi)存，從而有助于提高性能，從而加快獲得結(jié)果的速度。

問：您如何確保Abaqus軟件繼續(xù)應(yīng)對(duì)行業(yè)的最新挑戰(zhàn)？

我們不斷努力改進(jìn)Abaqus/Explicit，以解決新的待解決問題。最近的一些例子是改進(jìn)梁技術(shù)，用于對(duì)遭受地震的建筑物中的超彈性晶格或鋼筋混凝土柱進(jìn)行建模，在我們的力學(xué)和預(yù)處理例程中實(shí)現(xiàn)更大的并行性，提供接觸質(zhì)量縮放，以及改進(jìn)我們的映射和導(dǎo)入技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)多物理模擬。我們還與AMD等合作伙伴合作，尋找新的方法來優(yōu)化Abaqus/Explicit性能，并提高跨多個(gè)處理器內(nèi)核的可擴(kuò)展性。我們的目標(biāo)是確保Abaqus/Explicit在幫助客戶快速解決常規(guī)和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)工程問題方面表現(xiàn)出色，使用更大、運(yùn)行速度更快的模型，更快地將高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場。

問：你最后對(duì)Abaqus軟件的用戶有什么建議？

我非常鼓勵(lì)用戶利用最新版本的Abaqus和高性能計(jì)算(HPC)處理器的改進(jìn)來幫助加速您的模擬工作流程和整體產(chǎn)品開發(fā)過程。

我還建議花一些時(shí)間為您的模型和硬件試驗(yàn)不同的運(yùn)行配置(CPU和線程參數(shù)的不同組合)。隨著處理器的進(jìn)步，處理器內(nèi)核布局、高速緩存組織和內(nèi)存連接變得越來越復(fù)雜，整體性能——即使是在單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行——也可能會(huì)對(duì)是否運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程、多線程或多個(gè)多線程混合進(jìn)程等選擇非常敏感。在上一代處理器上表現(xiàn)最佳的技術(shù)可能無法在最新一代處理器上提供最佳性能。在基準(zhǔn)測試上投入一點(diǎn)時(shí)間可以帶來性能提高的紅利。