結構、流體、多物理場、電磁仿真計算完美硬體配置推薦
2020-11-24 網易手機（原標題：結構、流體、多物理場、電磁仿真計算完美硬體配置推薦）
結構、流體、多物理場、電磁仿真計算完美硬體配置推薦
主要內容
1. 有限元分析概述
2. 有限元分析模擬計算過程分析與計算特點
2.1有限元前處理（建模、網格劃分）計算特點
2.2有限元求解計算特點與硬體配置分析
2.2.1動態結構（碰撞、爆炸、衝擊等）仿真計算特點
2.2.2靜態結構（強度、振動、耐久、複合材料）仿真計算特點
2.2.3流體力學仿真計算特點
2.2.4多物理場耦合仿真計算特點
2.2.5電磁仿真仿真計算特點
3. UltraLAB 工程仿真計算工作站配置推薦
3.1 UltraLAB工作站機型介紹
3.2建模與求解專業硬體配置參考
3.3 UltraLAB工作站建模、求解計算硬體配置推薦
（一）有限元分析介紹
有限元分析（FEA）藉助高性能計算機工具，用「數值近似」和「離散化」方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬，如求解結構、熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題
有限元法在工程設計和科研領域得到了廣泛的應用，已經成為解決複雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到太空梭幾乎所有的設計製造都已離不開有限元分析計算，其在機械製造、材料加工、航空航天、汽車、土木建築、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學研究等各個領域的應用普及，已使設計水平發生了質的飛躍。
主要仿真計算專業領域
瞬態結構仿真、靜態仿真計算、流體仿真計算(CFD） 、電磁仿真計算（EM）、多物理場仿真仿真、熱分析、聲波仿真計算等
（二）有限元仿真計算特點分析
2.1有限元分析各個環節計算過程分析
第一階段 前後處理器計算過程分析
有限元前處理器是從幾何模型形成物理模型的物理建模（幾何建模）、由物理模型形成數學模型（網格劃分）的數學建模兩個過程，
常見有限元分析前處理軟體：
ANSYSSpaceClaim，Meshing，ICEM CFD
Altair HyperMesh
MSC Patran
ANSA
Abaqus /CAE
Siemens Femap
一般來說，CAE分析工程師大部分時間都花費在了有限元模型的建立和修改上，真正的分析求解時間也消耗在了工作站或集群上，所以一個適合自己應用功能強大有限元前處理軟體和一部高性能建模工作站是非常必要的。
常見問題：
（1） 複雜、大型三維模型在讀取和編輯過程，模型卡頓
（2） 因精度過高，網格劃分處理時間過長
造成上述問題的原因主要在三個方面：
（1） 模型自身問題，精度太高，計算量過大，計算機無法承受
（2） 前處理軟體自身算法問題，網格劃分軟體的處理模式，計算不過來
（3） 工作站硬體配置不足或配置不合理，計算性能不夠
建模計算特點
硬體因素更關鍵，建模過程是人機互動模式下，對模型移動、縮放、刪減等操作，為了保證流暢，每秒生成24幀畫面，這樣模型移動流暢，圖形的幾何頂點數據的計算，都是由CPU計算承擔的，多核在這個過程不重要，主要靠單核，圖卡任務得到圖形的幾何頂點數據生成圖形，因此要讓複雜模型流暢，顯卡任務很輕鬆，只有提升CPU頻率解決
網格劃分計算特點
模型建立好後，要對三維模型的網格空間離散化過程，就是網格劃分，通常網格劃分密度越高，求解的結果越接近真實解，精度提高，網格劃分計算量隨之增大，常規工作站計算性能可能不夠，因此對於碰撞、衝擊、爆炸、波傳播仿真分析來說，在計算效率、內存容量、精確度這三個方面要有所權衡，在滿足求解精度的條件下，儘量使得計算量不要太大、存儲空間小，另外不同的網格劃分軟體算法差異，網格生成數據規模有所不同，網格劃分過程大部分軟體是單核計算模式，個別軟體是有限多核並行模式（如 Ansys Meshing），當然工作站硬體更重要，性能一定要最大化
第二階段 求解計算特點與硬體配置分析
需要根據求解類型（運動學/動力學、靜平衡、特徵值分析等）選擇相應的求解器進行數值運算和求解。求解問題歸類：
2.1結構力學（動態類）仿真求解計算分析
求解問題 對碰撞、爆炸、衝擊等仿真分析
主要軟體：ANSYS LS-DYNA，ANSYS AUTODYN, ABAQUS/Explicit,MSC Dytran,Altair RADIOSS，
主要算法 有限元法為主（中心差分法），顯式計算模式，無需迭代
硬體特點：CPU多核並行度高，內存相對小，無硬碟io要求
2.2結構力學（靜態類）仿真求解計算分析
求解問題 對應力、強度、疲勞、耐久仿真分析
主要軟體：ABQAQUS /Standard, MSC MARC，Ansys Mechanicl，ADINA，MSC Fatigue
主要算法 有限元法為主（Newton-Raphson法），隱式計算模式，迭代密集
硬體配置特點：CPU多核並行度較高，內存相對大，硬碟io要求高
2.3流體力學仿真求解計算分析
求解問題 計算流體動力學仿真分析
主要軟體：ANSYS Fluent，ANSYS CFX,西門子 STAR CCM+
主要算法 有限體積法為主（顯式/隱式或混合模式計算模式）
硬體配置特點：CPU多核並行度高，部分支持GPU加速，內存相對小，無硬碟io要求
2.4多物理場耦合仿真計算分析
求解問題 結構、流體、熱等耦合仿真分析
主要軟體：Comsol Multiphysics ，ANSYS Multiphysics
主要算法 有限元法分析、有限體積法、邊界元法和粒子追蹤方法等（混合模式）
硬體配置特點：CPU多核並行度高，內存容量大，硬碟io一般，無GPU加速
2.5電磁仿真仿真計算特點與硬體配置分析
求解問題 電磁場及耦合仿真分析
主要算法 有限元法，時域與頻域全波求解（MoM、FDTD、FEM 和 MLFMM）等
主要軟體：ANSYS HFSS ，Maxwell，Feko，CST，
硬體配置特點：CPU多核並行度高，GPU加速顯著，內存容量相對大，硬碟io一般
3）後處理計算特點
後處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出
圖形生成：基於OpenGL圖形接口
軟體：與前處理軟體一體，見不同CAE軟體商家
(三) 有限元建模與求解計算工作站硬體配置
3.1 仿真計算硬體配置歸納
（1）有限元分析建模和求解、後處理：
NO | 計算環節 | 解釋 | 計算特點 |
1 | 前處理 | 幾何模型的建立 | 單核計算模式 |
網格生成 | 單核或有限多核計算模式 | ||
2 | 求解 | 結構、流體等問題求解 | 多核計算模式 |
3 | 後處理 | 計算結果輸出，分析 | 單核計算模式 |
（2）工作站單核計算與幾何建模規模參考
NO | 運行核數 | CPU頻率 (單位:GHz) | 單核浮點速度(單位:億次/秒) | 網格規模估算 （單位：萬） | 備註 |
1 | 1 | 2.0 | 320 | 6000 | 單核模式 |
2 | 1 | 2.2 | 352 | 6600 | |
3 | 1 | 2.4 | 384 | 7200 | |
4 | 1 | 2.6 | 416 | 7800 | |
5 | 1 | 2.8 | 448 | 8400 | |
6 | 1 | 3.0 | 480 | 9000 | |
7 | 1 | 3.2 | 512 | 9600 | |
8 | 1 | 3.3 | 528 | 9900 | |
9 | 1 | 3.5 | 560 | 10500 | |
10 | 1 | 3.6 | 576 | 10800 | |
11 | 1 | 3.8 | 608 | 11400 | |
12 | 1 | 4.0 | 640 | 12000 | |
13 | 1 | 4.3 | 688 | 12900 | |
14 | 1 | 4.6 | 736 | 13800 | |
15 | 1 | 4.8 | 768 | 14400 | |
16 | 4 | 4.8 | 3072 | 23040 | 多核模式 |
17 | 6 | 4.4 | 4224 | 23760 | |
18 | 8 | 4.3 | 5504 | 30960 |
（3）CAE仿真計算規模與硬體配置參考
NO | 網格節點規模(單位：萬) | 自由度規模測算(單位：萬) | 動態結構/流體仿真類 | 靜態結構/多物理場耦合/電磁仿真類 | 工作站CPU最低核數測算 | GPU測算 |
佔用內存容量測算 （單位：GB） | ||||||
1 | 100 | 600 | 2 | 4 | 4 | 可算 |
2 | 200 | 1200 | 4 | 8 | 4 | 可算 |
3 | 400 | 2400 | 8 | 16 | 4 | 可算 |
4 | 800 | 4800 | 16 | 32 | 6 | 可算 |
5 | 1600 | 9600 | 32 | 64 | 8 | 困難 |
6 | 3200 | 19200 | 64 | 128 | 16 | 不可算 |
7 | 6400 | 38400 | 128 | 256 | 32 | 不可算 |
8 | 12800 | 76800 | 256 | 512 | 64 | 不可算 |
備註：（1）自由度是以六自由度網格粗算 （2）GPU以Nvidia雙精度計算卡為主
3.2 與有限元仿真計算相關UltraLAB工作站機型介紹
UltraLAB是西安坤隆計算機科技有限公司推出的定製圖形工作站品牌，經過多年發展，該產品擁有傲視群雄的三大領先優勢：先進計算硬體架構、完整齊全行業應用定製方案、專業硬體系統優化技術，大幅超越同類的「圖形工作站」產品，我們提供基於CAE工程仿真計算應用最快硬體架構產品系列
（1）用於前後處理機型 H350，H480
硬體配置特點：
CPU 4核*4.8GHz，6核4.5GHz，8核4.3GHz…
圖卡：超高端圖卡
系統盤：PCIE-SSD架構
是常規工作站所不具備的，
主要用途：滿足大型複雜三維建模和網格劃分
（2）用於中大規模仿真計算機型 H610，EX610
硬體配置特點：
CPU 雙Xeon E5v4（最大44核，自動超頻加速）
內存 最大512GB
圖卡 雙GPU超算，
硬碟：PCIe-SSD+8個盤位並行讀寫（限EX610）
比同類架構工作站，配置更強大，速度更快
主要定位 : 顯式計算為主（H610），顯式隱式計算通吃（EX610）
（3）超大規模仿真計算機型Alpha720
硬體配置特點：
CPU 四顆Xeon E7v4（最大96核，自動超頻加速）
內存 最大2TB
圖卡 雙GPU超算，
硬碟：PCIe-SSD+16個盤位並行讀寫
目前市場上所有圖形工作站產品中，擁有最強大計算架構的計算機
主要用途
主要定位 :所有應用類的超大規模的CAE工程仿真計算，顯式、隱式算法通吃
3.3UltrLAB建模與求解工作站硬體配置推薦
(1)前置處理（幾何建模、網格劃分）工作站硬體配置推薦
NO | 型號 | 主要配置 | 報價 |
1 | UltraLAB H350 14616-M5TCB | 4核4.6Ghz/16GB DDR4 2400 / Quadro M2000 4GB/512GB閃電盤+4TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 28500 |
2 | UltraLAB H350 14832-M5TCC | 4核4.8Ghz/32GB DDR4 2400 / Quadro M4000 4GB/512GB閃電盤+4TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 35000 |
3 | UltraLAB H350 14864-MATCD | 4核4.8Ghz/64GB DDR4 2400 / Quadro P5000 16GB/1TB閃電盤+4TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 45000 |
4 | UltraLAB H480 14432-M5TCC | 6核4.4Ghz/32GB DDR4 2400 RECC/ Quadro M4000 8GB/512GB閃電盤+4TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 38500 |
5 | UltraLAB H480 14364-MATDC | 8核4.3Ghz/64GB DDR4 2400 RECC/ Quadro M4000 8GB/1TB閃電盤+6TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 56800 |
6 | UltraLAB H480 143128-MATDD | 10核4.3Ghz/128GB DDR4 2400 RECC/ Quadro P5000 16GB/1TB閃電盤+6TB/塔式（750w）/24"高清圖顯 | 87500 |
(2) 求解計算工作站配置推薦
NO | 型號 | 主要配置 | 報價 |
1 | UltraLAB H610 22532-S2TBA | 20核2.47Ghz/32GB DDR4 2400 RECC /Quadro K620 2GB /256GBSSD+2TB/塔式(865w)/24"高清圖顯 | 37500 |
2 | UltraLAB H610 22532-M5TBA | 28核2.6Ghz/64GB DDR4 2400 RECC /Quadro M2000 4GB /512GB閃電盤+2TB/塔式(865w)/24"高清圖顯 | 69990 |
3 | UltraLAB H610 230128-M5TCC | 36核3.0Ghz/128GB DDR4 2400 RECC /Quadro M4000 8GB /512GB閃電盤+4TB/塔式(865w)/24"高清圖顯 | 108000 |
4 | UltraLAB EX610 227192-MAT8BRC | 44核2.7Ghz/192GB DDR4 2400 RECC /Quadro M4000 8GB/1TB閃電盤+14TB並行存儲/塔式（1200w）/24"高清圖顯 | 185000 |
5 | UltraLAB Alpha720 427256-PAT8BRC | 64核2.7Ghz/256GB DDR4 2400 RECC /Quadro M4000 8GB/1TB閃電盤+14TB並行存儲/塔式(1600w)/24"高清圖顯 | 275000 |
6 | UltraLAB Alpha720 427512-PBT8CRD | 72核2.7Ghz/512GB DDR4 2400 RECC /Quadro P5000 16GB/2TB閃電盤+28TB並行存儲/塔式(1600w)/雙24"高清圖顯 | 375000 |
7 | UltraLAB Alpha720 427512-PBT8DRD | 96核2.7Ghz/512GB DDR4 2400 RECC /Quadro P5000 16GB/2TB閃電盤+42TB並行存儲/塔式(1600w)/雙24"高清圖顯 | 450000 |
結論
有限元分析在CAE仿真計算地位越來越重要，隨著應用和算法不斷完善，還有仿真精度提升，計算軟體越來越專業，迫使硬體供貨商對專業的深入分析和理解，提供合理的配置架構，保證每個環節計算處理高效，僅僅是賣機器，而不理解計算特點，賣出設備配置難免不合理，造成資金浪費，一句話，不懂應用的賣家的路越來越窄，與時俱進才有未來
方案諮詢
UltraLAB圖形工作站供貨商：
西安坤隆計算機科技有限公司
國內知名高端定製圖形工作站廠家
業務電話：400-705-6800
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