Блог

Как выбрать вычислительные ресурсы при внедрении САЕ?

Автор статьи: Мария Кулешова, Руководитель группы вычислительного моделирования, Connective PLM.

В современном мире численное моделирование (САЕ-анализ) набирает все большую и большую популярность. Этот подход и соответствующие инструменты открывают перед проектировщиками возможность проводить оценку разрабатываемых изделий с точки зрения таких параметров как, например, их гидро-/аэродинамические, тепловые и прочностные характеристики, рассматривать работу изделия с учетом взаимовлияния различных по своей природе физических процессов друг на друга.

При производстве сложных, а иногда и простых, устройств разработчики обращаются к методам инженерного анализа как альтернативе серии физических экспериментов, что позволяет сокращать цикл разработки изделий и значительно снижать уровень финансовых вложений на этом этапе.

Зачастую средства САЕ-анализа – единственный путь к пониманию процессов, происходящих внутри машины, оценке ее поведения в реальных условиях эксплуатации. У разработчика отсутствуют такие ограничения, как слишком большие габариты модели, недостаток экспериментальных данных, отсутствие физической возможности провести эксперимент. Единственное, что ограничивает проектировщика – доступные на предприятии вычислительные мощности.

В подавляющем большинстве случаев программы инженерного анализа очень требовательны к машинным ресурсам. Если вы хотите считать быстро и точно, то с большой вероятностью вам потребуется приобрести, как минимум, небольшую рабочую станцию.

Естественно, это значительные финансовые вложения, а если учесть стоимость соответствующей лицензии на продукт, то внедрение численного моделирования в процесс проектирования обойдется вашей компании в немалую сумму. Однако не стоит забывать о выгодах и открывающихся перспективах для развития предприятия на рынке, которые данные технологии позволяют получить на чуть более длинном отрезке времени, чем день их покупки.

Стоит также иметь в виду, что в настоящее время активно развиваются так называемые облачные технологии и все больше поставщиков подобных услуг предлагают для аренды впечатляющие объемы вычислительных мощностей.

Сегодня мы постараемся ответить на вопрос: что же все-таки выгоднее? Проводить моделирование на рабочем компьютере с ограниченными ресурсами, приобрести локальный расчетный сервер или обратиться к облачным технологиям?

Для начала рассмотрим распространенную на практике ситуацию: руководство компании Х приняло решение о внедрении численного моделирования в процесс разработки своих изделий, был выбран соответствующий продукт и проведена закупка программного обеспечения, предположим, стоимостью 4 млн рублей.

Так как компания только начинает осваивать данные инструменты, количество проводимых расчетов на этапе внедрения будет невелико. Более того сам процесс проектирования планируется изменять уже после освоения программ на достаточном уровне, сейчас инструменты инженерного анализа скорее будут применяться параллельно привычному подходу, в рамках предприятия будет проводиться наработка верификационной базы расчетов.

В подобных условиях наиболее выгодным будет использование рабочего компьютера с небольшим количеством расчетных ядер и оперативной памяти. Покупка такой машины, в случае ее отсутствия, обойдется компании в районе 150 тыс. рублей и будет надежным спутником в процессе освоения средств численного моделирования (цена указана для варианта с характеристиками: CPU 6, 32Gb RAM, процессор Intel Core i7).

Конечно, в данном случае не стоит также забывать о стоимости обслуживания этого компьютера системным администратором компании (около 1 млн рублей в год) и соответствующих административных издержках (около 300 тыс. рублей в год). Допустим, актуальность лицензии и используемой машины будет сохраняться на протяжении 5 лет, тогда при 100 расчетах в год стоимость каждого из них составит 21,3 тыс. рублей.

Как только основные подходы и место САЕ-продуктов в процессе разработки становятся более или менее понятны, количество расчетов значительно увеличивается, а требования к срокам их выполнения ужесточаются. Процесс разработки нового или модернизации старого изделия зачастую требует проведения серии расчетов (по аналогии с экспериментальным исследованием), как следствие машины, которая считает одну задачу, например, 20 часов, уже недостаточно.

Большинство отечественных предприятий разрабатывают 1-2 изделия в год, приобретение собственной расчетной станции приведет к крупным разовым затратам и, несмотря на ее периодическое использование, необходимости на постоянной основе обеспечивать обслуживание машины. Подобное вложение не для всех предприятий будет разумным.

В этом случае компании следует обратить внимание на возможность аренды вычислительных ресурсов, например, у поставщиков облачных услуг. Данный выбор привлекателен, во-первых, тем, что оплата производится только за время работы сервера,
т. е. если расчеты проводятся периодически, то в перерывах между ними не нужно платить деньги за простаивающее оборудование.

В случае необходимости задействовать больший (или меньший) объем машинных мощностей, конфигурация машины в любой момент может быть изменена нажатием нескольких кнопок. Более того все администрирование и обслуживание машины, поддержание ее в стабильно рабочем состоянии ложится на компанию-поставщика услуг. Например, при 300 расчетах в год на облачной машине с параметрами CPU 32, 128Gb RAM, процессор Intel Broadwell, стоимость одного расчета, с учетом актуальности лицензии на интервале 5 лет, составит порядка 5,4 тыс. рублей.

Конечно, в случае, когда компания использует САЕ в процессе проектирования на регулярной основе, проводит расчеты 24/7, то в перспективе аренда машинных мощностей уже перестает быть таким финансово выгодным выбором. На этом этапе развития компании лучше пойти на определенные затраты и приобрести собственный расчетный сервер (например, станция с параметрами CPU 32, 128Gb RAM, процессор AMD Ryzen2990WX будет стоить около 300 тыс. рублей).

Да, статья регулярных расходов дополнится затратами на содержание машины и обеспечение ее работоспособности, но даже в этом случае при активном использовании в длительной перспективе собственный сервер обойдется дешевле. Если предположить, что актуальность лицензии и машины сохраняется в течение 5 лет, стоимость услуг системного администратора (1 млн рублей в год) и прочих издержек (300 тыс. рублей в год) аналогична рассмотренным выше, а в течение года специалисты предприятия будут проводить порядка 600 расчетов, то стоимость каждого составит 3,6 тыс. рублей.

Стоимость 1 расчета в зависимости от машинного ресурса:

  • Рабочий компьютер (CPU 6, 32Gb RAM, процессор Intel Core i7) — 21,3 тыс. рублей;
  • Облачная машина (CPU 32, 128Gb RAM, процессор Intel Broadwell) — 5,4 тыс. рублей;
  • Локальный расчетный сервер (CPU 32, 128Gb RAM, процессор AMD Ryzen 2990WX) — 3,6 тыс. рублей.

Конечно, приведенная оценка стоимости различных вариантов является приблизительной и будет сильно варьироваться в зависимости от конфигурации машины, частоты проведения расчетов и т. д. Но даже несмотря на это, указанных данных может быть достаточно для выводов о целесообразности принятия того или иного решения в рамках условий вашего конкретного предприятия.

Поделиться на Facebook →
Поделиться ВКонтакте →
Поделиться в Twitter →
Технологии cae hpc