【Radioss技巧】Microsoft Azure 驅動 Altair Radioss™ 求解器碰撞模擬－Altair Taiwan Blog

與雲合作夥伴Microsoft Azure合作編寫

　　碰撞模擬模擬技術可挽救生命，並有助於汽車製造商降低物理碰撞測試成本。業內知名的Altair Radioss™求解器可對高度非線性，計算密集型問題進行結構分析，包括整車耐撞性，安全氣囊性能，以及包含複雜變數的多物理場等。汽車製造商通過使用Radioss求解器來微調其產品設計，依靠其高效的求解性能在更短的時間內，衍生出更多的設計，並更快地將產品推向市場。

雲端碰撞安全模擬

隨著對高性能計算（HPC）的需求日益提升，雲計算資源已成為公司內部計算資源普遍的替代方案。最近，Altair與Microsoft開展了深度合作。依託于Microsoft Azure的雲計算資源，Radioss求解器表現出優異的計算性能。在Microsoft Azure，Radioss求解器最多可擴展到64個節點，而且平行計算性能不會受到影響 - 與使用本地計算資源測試得到的結果相當。

對於內部計算資源受限的客戶，雲計算是一種有吸引力的選擇。借助Azure雲計算資源，對於求解器可擴展性和計算模型的規模，理論上沒有任何限制。對模擬計算時間有更高要求的用戶可訪問雲計算資源中的更多計算節點，以更高效地得到計算結果。且可從本地計算中心爆發到雲端上，以便實現更多模型同時計算，並更高效地完成計算任務。

Azure 技術

在雲計算資源 Azure上，用戶使用Radioss 求解器可訪問Intel的最新版本處理器和InfiniBand™ 高速網路的許可權，從而處理海量計算任務和時效性高的專案需求。因此公司無需進行大量前期資本投入，即可進行虛擬模擬實驗。在Azure HC系列上，使用者可以運行巨型計算作業，最多可一次調用13,200個核心。這些具有強大功能虛擬機器（VM）的Intel®Xeon®Platinum處理器和100 Gb InfiniBand內部網路連結，可提供與一些最強大的超級電腦相媲美的裸機性能。

用於測試的雲計算資源架構Azure HC44rs，針對高性能計算進行了優化。每節點配有Intel Xeon Platinum 8168處理器，具有44個內核（主頻2.7 GHz），每個內核分配8 GB（352 GB/節點）。同時，該系統配有高速本機存放區（700 GB SSD）。

針對Radioss 求解器優化

針對Radioss求解器對雲計算平臺進行優化，以發揮出最佳計算性能。我們強調了本地SSD存儲的重要性，以降低資料網路傳輸瓶頸；同時我們使用Hybrid MPI和OpenMP來保證良好的擴展能力。純MPI平行計算，最多可16個節點上體現良好計算性能。而當每個內核承擔少於10,000個單元網格計算量時，混合平行計算方法（Hybrid MPI）在32節點和64節點表現出更優秀的計算效率。

Radioss是一個具有自動MPI區塊劃分、OpenMP並行和AVX512向量化的高度混合並行求解器代碼。其增強的性能可在大型HPC群集上實現高計算效率，同時允許MPI調整和OpenMP設置。作為一款強大的求解器，Radioss可保證並行的高精確性、高可重複性、以及雙精度（默認）或擴展單精確度的計算結果一致性。

測試結果

我們採用的標準測試模型：福特金牛座(Ford Taurus) 100%正面碰撞模型，碰撞速度為50公里/小時。模型包含一千萬單元網格，最小單元尺寸為2.5毫米。完整碰撞模擬計算時間為120毫秒，這裡採用計算2毫秒來進行可擴展性測試。

下圖的“計算性能測試”圖展示了從一個計算節點（44個內核）到64個計算節點（2,816個內核）的並行可擴展性測試結果。模擬模型計算完成時間，從單個計算節點的3,535秒降低到64個節點的163秒，計算效率提升近22倍。

對於此模擬模型單元量級，純MPI平行計算加速比可在最多16個節點上保持（704個內核）近乎線性加速。在32和64個節點上，純MPI並行效率降低了。其本質原因是，每個內核要承擔的單元網格計算數量少於10,000。這種情況下，內核之間的資料交換成為了並行加速的瓶頸，從而降低了純MPI並行加速的效率。如果使用純MPI提交計算，保持良好的並行效率，使用16個節點為最佳選擇。而，基於MPI和OpenMP的混合並行求解（Hybrid MPP）有助於進一步縮短求解計算時間。

下面的“ 加速比”圖，Azure與同類最佳超級電腦所得到的參考結果進行加速比對比。兩者之間幾乎沒有區別！這意味著在Azure雲上實現的加速比效果與最佳超級電腦的結果一樣優秀。

“微軟很榮幸與Altair合作，並在Microsoft Azure上提供Radioss模擬服務。在Azure HC系列虛擬機器上進行的測試表明，Azure提供了優異的性能和擴展效率，與領先的本地HPC環境相比極具競爭力。這反映了Azure對向Altair產品的使用者，以及整個HPC社區提供最佳HPC體驗的持續承諾。” Azure HPC首席專案經理Evan Burness說。

敏捷計算的未來

採用Radioss在Azure上高效運行- 以及可擴展的節點數量可與裸機群集相媲美的可擴展性- 用戶可以充分利用雲技術儘快獲得模擬結果，與使用本地計算資源一樣快捷。

Azure保障了敏捷計算性能和靈活性，使用者可以使用Altair PBS Works™套件（包括遠端視覺化工具）來降低部署的複雜性。Radioss求解器表現出了卓越可擴展性，可大大縮短計算時間。在Azure中運行大規模碰撞類比分析模型，可加快產品設計優化和創新的步伐，它還允許企業將預算支出從資本支出（CapEx）轉移到運營支出（OpEx）。

得益於雲計算的性能和可擴展性，不僅構思到決策再到執行的過程更加迅速，甚至比許多本地計算資源所能達到的速度更快。微軟最近發佈了Azure HBv2系列虛擬機器，該虛擬機器最多可支援四個雙精度和八個單精確度teraflops，我們期待在新一代的雲技術上，看到更加出色的應用程式性能。

Radioss 是Altair HyperWorks™ 在Azure 無限虛擬裝置中的求解程式堆疊的一部分。

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