Для получения максимальной отдачи от инженерного моделирования клиенты ANSYS часто прибегают к высокопроизводительным вычислениям (HPC – high performance computing). Если говорить простыми словами, HPC позволяет использовать параллельно группу из нескольких компьютеров для одновременного (параллельного) решения объемных задач и снижения времени расчета. В отличие от таких распараллеливаемых приложений, как генетика и графический рендеринг, компьютерное моделирование инженерных задач, в частности вычислительной гидрогазодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics), требует существенного обмена информацией между всеми вычислительными ядрами на протяжении всего процесса расчёта. По этой причине к рабочей сети, которая обеспечивает связь между машинами, предъявляются серьезные требования. Облачные вычисления, несомненно, могут предоставить вычислительную производительность в огромных масштабах, но есть один вопрос: смогут ли облачные вычисления предоставить достаточную производительность для HPC?

Общепринятым фактом среди инженеров-расчетчиков является мнение о том, что если вы хотите иметь дело с высокопроизводительными вычислениями, вам понадобится рабочая сеть с высокой пропускной способностью и низкой задержкой. В противном случае при использовании большого числа ядер будут наблюдаться потери в производительности каждого ядра, вызванные задержками в обмене информацией между процессами. Как результат, добавление новых ядер не будет давать выигрыша в скорости решения из-за слабой производительности сети. Действительно, такой взгляд на вещи является достаточно обоснованным. Но прежде чем вы решите, что вам нужна или высокоскоростная сеть Infiniband, или ничего, следует разобраться, как далеко можно «уехать» с более традиционной сетью (с пропускной способностью 10 Гб/с). Возможно, существует оптимальное соотношение между ценой и качеством, при котором можно сохранить преимущества HPC и при этом не особо затрачиваться на сеть с высокой пропускной способностью?

Не так давно компания ANSYS совместно с  Amazon Web Services (AWS) провела серию тестов для демонстрации расширяемости ANSYS CFD при расчёте в гибком сервисе облачных вычислений AWS Elastic Compute Cloud (EC2) с использованием компьютеров текущего поколения, оптимизированных под вычислительные задачи и поддерживающих технологию Enhanced Networking. Элементы кластера используют процессоры Intel Xeon E5-2666 v3 (поколение Haswell), которые оптимизированы специально под EC2, имеют 18 физических ядер и 60 ГБ оперативной памяти. Ниже представлены результаты решения стандартной тестовой задачи ANSYS CFD – моделирование обтекания болида класса «Формула 1» (140 миллионов ячеек). Эти результаты могут изменить ваше мнение о том, возможно ли реализовать настоящие высокопроизводительные вычисления при помощи AWS. Результаты демонстрируют почти идеальную масштабируемость даже при количестве ядер свыше 1000, а заметное снижение времени расчёта продолжается даже при использовании более 2000 ядер.

Конечно, кластер для высокопроизводительных вычислений на сети Infiniband будет демонстрировать практически идеальную масштабируемость, но AWS не оказывается «за бортом», поскольку предлагает превосходное соотношение цена-производительность, обеспечивая выдающиеся показатели экономичности. AWS становится особенно интересен для высокопроизводительных вычислений, если вы рассматриваете услугу Amazon EC2. Эта услуга позволяет вам запрашивать ресурсы облачных вычислений, которые в текущее время не используются, оплачивая их по гибкой рыночной цене, которая обычно существенно ниже цен по прайсу. Вы получаете доступ к облаку, как только предложенная вами ставка становится выше действующей в настоящий момент рыночной цены. Рынок весьма изменчив, зависит от региона, типа запрошенных элементов кластера (instance) и, конечно же, текущего спроса. При использовании свободных мощностей (spot instance) нам удалось арендовать место в облаке почти в 4 раза дешевле цены по прайсу (элементы c4.8xlarge, штат Орегон, Западный регион США).

27 сентября ANSYS провел бесплатный вебинар, посвященный новым, высокорентабельным возможностям облачных вычислениях для задач инженерного моделирования, а также экономической модели ценообразования на эти услуги. Материалы семинара доступны по ссылке.

Несмотря на то, что высокопроизводительные вычисления действительно лучше обслуживаются кластерами, построенными на высокоскоростной сети Infiniband, наше исследование доказывает, что производительность, которая обеспечивается сетью AWS, заслуживает рассмотрения большинством пользователей ANSYS. Стоит заметить, что для ANSYS CFD масштабируемость HPC вычислений зависит от поставленной задачи, а именно от размера сетки. Опыт показывает, что добиться хорошей масштабируемости на пропускной способности в 10Гб/с можно при условии, что на одно ядро будет приходиться более 50 тысяч ячеек. Это значит, что для задачи на 20 миллионов ячеек хорошая масштабируемость будет наблюдаться при задействовании до 400 ядер. При превышении этого предела на первый план выходит скорость обмена данными между процессами, и масштабируемость ухудшается.

Использование HPC вычислений для инженерного моделирования оправдало себя уже неоднократно. Если вы все еще сомневаетесь в том, что необходимо использовать Облачные вычисления, почитайте мою статью “Cloud Offers Much More Than Unlimited Computing Power.” («Облачные вычисления предоставляет больше возможностей, чем просто неограниченная счётная мощность»).

В данной статье я показал, что AWS обеспечивает отличное соотношение цена-производительность для HPC вычислений, особенно если пользователи следуют рекомендациям HPC best practices. Также не забывайте, что ANSYS предлагает ANSYS Enterprise Cloud - готовый кластер для облачных вычислений в области компьютерного моделирования. Кластер работает на платформе AWS EC2 и обеспечивает высокую произоводительность HPC вычислений при простоте использования.

Чтобы узнать больше, изучите материалы, на которые я ссылался в данной статье.

Источник: http://www.ansys-blog.com/simulation-on-the-cloud/
Автор:  Judd Kaiser