HFSS携手上海超级计算中心完成空天环境下电磁大规模并行仿真

 

HFSS作为领导电磁场仿真行业二十余年的产品，备受业内的尊敬和推崇，在技术发展上的高度、深度和前瞻性不仅为工程领域做出了持续不断的巨大贡献，并且引领了计算电磁学的发展。 在并行技术的研发上，HFSS根据工程领域的需求及计算机硬件发展的趋势，研发出基于有限元法的DDM（区域分解算法）技术，针对工程中常见的包含复杂结构和介质材料的大规模计算问题，DDM技术可提供优于线性的加速比，在商业电磁场仿真软件乃至计算电磁学领域都具有里程碑式的意义。

上海超级计算中心（Shanghai Supercomputer Center，www.ssc.net.cn） 成立于2000年12月，由上海市政府投资建设，座落于浦东张江高科技开发园区内。上海超级计算中心是国内第一个面向社会开放，资源共享、设施一流、功能齐全的高性能计算公共服务平台，目前拥有曙光4000A（2004年世界  排名第十）和“魔方”（2008年世界排名第十、亚洲第一）等3台超级计算机，同时配备丰富的科学和工程计算软件，致力于为国家科技进步和企业创新提供高端计算服务。

此次Ansoft联合上海超算中心所进行的测试主要针对HFSS-HPC模块在计算大规模电磁问题时的并行效率。测试提供的数据是在8核以上计算机上进行的，给出了8到32核（域）间的加速比数据。

 

硬件配置：

为说明DDM计算在国内的适用性，本次测试采用的硬件平台为“魔方”超级计算机。

本次测试共采用了“魔方”的4个节点，共计128个CPU内核，512GB内存。每个节点的配置为：SMP架构，8个4核AMD巴塞罗那CPU计32核，32条4GB内存计128GB。节点间由20 Gb高速Infiniband网络连接，连接速度是千兆网的20倍。

 

软件配置：

操作系统：SUSE 10 SP2，其Linux内核版本2.6.16.60

仿真工具：HFSS版本 V12.1.0

 

测试案例简介：

计算目标物体为全铝制机身的飞机，计算机载UHF通信频段天线的工作状态。连同周围的空气盒子计算空间的初始网格量为290万网格（一阶）。

计算情况：

该问题单域计算时约需300GB内存。（注：单域计算所需内存超出单个计算节点的物理内存，故在下表中标记为NA）。8域以上的计算机时对比如下（使用上述算例）：

Num. of Cores	Num. of Domains	Memory  per domain/core (GB)	Total memory(GB)	Solution time
1	1	NA	NA	NA
8	8	30.74	245.9	8 hrs 23 mins
16	16	11.78	188.5	2 hrs 46 mins
32	32	5.31	159.3	1 hr 24 mins

从上表中可以看出，随着并行计算机CPU核数量的增加：

1、    项目计算所用总内存逐步降低，例如32个核比8个核求解此290万网格的问题所需总内存降低约40%；（有效降低问题所需总内存）；

2、    单个域使用内存的降低速度超过域数的增加速度；

3、    优于线性的加速比。如，当CPU核数量从8个增加到16个时，计算时间从8小时23分降低到2小时46分，速度加快到了约3倍！从使用16核到使用32核，计算速度也提高到了约2倍的效果。DDM技术的加速比体现出了良好的超线性。

注1：8、16、32核的求解时间均不包含网格剖分时间，而三者的网格剖分时间均为41分37秒。

注2：8、16、32核的并行求解均采用跨节点并行方式，将计算任务均匀分配到4台曙光TC5000的节点上，即32核并行求解时，每台节点分配8核参与并行计算。

注3：加速比见附页。

 

小结

综上所述，HFSS-HPC采用的DDM技术配合曙光TC5000并行计算平台，在有效降低电磁大问题求解所需总内存、增加电磁大问题求解速度两个方面体现出了杰出的性能。使用HFSS DDM技术可以使客户在保证问题求解精度的前提下，极大的扩展精确仿真所能覆盖的电尺寸范围，并且极大提高大问题求解效率，是将客户自身电磁仿真能力提升到另一个更高层次的必备工具！

 

附：加速比等曲线图