在计算机辅助工程(CAE)领域,GPU 的并行处理能力为仿真软件提供了强大的计算支持。与传统的 CPU 相比,GPU 具有更高的计算密度和更低的总体拥有成本,使得高负载仿真计算变得更加经济。特别是在计算流体动力学(CFD)领域,GPU 加速显著提升了仿真分析的效率。CFD 工程师在处理复杂的流体问题时,通过 GPU 加速可以平衡计算量和计算时间,优化网格划分等关键步骤,从而加快求解速度并提高结果的准确性。
CFD 工程师在进行仿真分析时,通常面临高内存要求、网格依赖性以及流体问题复杂性等挑战。GPU 加速计算为这些挑战提供了有效的解决方案。通过将计算密集的任务转移到 GPU,CFD 工程师可以快速获得计算结果,提高工作效率。GPU 的并行计算性能远超 CPU,使得基于 GPU 的 CFD 计算速度大幅领先,帮助工程师解决了许多复杂的 CFD 难题。因此,GPU 加速已成为 CFD 领域工程师的优选方案。
▲ ©2024 Ansys
本次,南京九辅与 Ansys 合作,实测 Ansys Fluent 2024 R1 GPU 原生求解器结合搭载 4 张 NVIDIA RTX™ 5880 Ada Generation GPU 的丽台科技 WinFast GS4840 工作站进行 CFD 仿真模拟。
主要软件环境介绍
Ansys Fluent 是一款通用计算流体力学(CFD)软件,用于对流体流动、传热和质量交换以及化学反应过程等进行建模分析。Fluent 提供了现代化用户友好型界面,可在单窗口工作流程中简化从前处理到后处理的流程。Fluent 以其先进的物理模型而著称,其中包括湍流模型、单相流和多相流、燃烧、电池模型以及流固耦合等。
可以在 CPU 或 GPU 上的多个处理器上轻松地求解。提供多种求解器选项,包括基于压力和基于密度的 CPU 求解器,以覆盖低速至高超音速流动,以及基于压力的原生 GPU 求解器。
主要硬件环境介绍
本次测试采用的是丽台科技 WinFast GS4840 工作站,CPU 采用两颗 Intel
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Xeon
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Gold 6330 处理器 @ 2.00GH;GPU 选用 4 张 NVIDIA RTX 5880 Ada Generation GPU,基于全新 NVIDIA Ada Lovelace 架构构建,对于追求以高稳健性、高精度为目标的 CFD 仿真分析带来了卓越的计算性能体验。
测试结果亮点小结
▲ ©2024 Ansys 仿真过程示意图
通过本次测试结果可以看出,4 张 NVIDIA RTX 5880 Ada Generation GPU 的性能比采用 32 个 Intel(R) Xeon(R) Gold 6330 核心的集群高出 22 倍;也就是说单张 NVIDIA RTX 5880 Ada GPU的仿真速度可以媲美
约 180 个
CPU核心的仿真速度。
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总结
随着仿真工具的不断迭代,工艺流程越来越追求效率和低成本。通过 GPU 加速的 Ansys Fluent GPU 求解器相对于传统的 CPU 求解器来讲,算力集成度更高,计算速度更快,高效节能,具体优势可以体现为:
并行计算能力
:GPU 的单个芯片上的处理单元数量远超 CPU,这使得 GPU 在处理大规模并行进程时具有显著优势。因此,GPU 多用于并行计算,可同时处理多个并行迭代任务。
成本效益
:与 CPU 相比,GPU 密度更高而总体拥有成本更低,具有明显的性价比优势。这意味着在追求高运算负载仿真模拟的同时,也能有效控制成本。
应用支持
:在 Ansys 这类需要高运算负载的仿真模拟软件中,GPU 得到了广泛支持。例如,Ansys Mechanical、Ansys Fluent 和 Ansys HFSS 等软件版本均支持 GPU 加速,这进一步证明了 GPU 在 CAE 仿真计算中的适用性和优势。
因此,当工程师们采用 GPU 加速 CFD 仿真时,可以在更短的时间内,运行更多的模拟,从而进行更广泛的设计优化和分析。GPU 加速不仅提高了 CFD 工程师的工作效率,也将极大地推动流体动力学领域的研究与发展。
适用于工程模拟分析的先进 GPU 加速
▲NVIDIA RTX™ 5880 Ada Generation GPU
利用 NVIDIA RTX™ 5880 Ada Generation GPU 可以快速分析复杂的流体流动情况。通过搭载 4 卡能够提供高达 192GB(48GB *4)显存,能大幅加快超大型模型和模拟的处理速度。
▲NVIDIA RTX™ 5880 Ada Generation GPU 主要规格参数
测试平台规格
作为 AI 与深度学习的理想方案,丽台 WinFast GS4840 工作站在本次测试中的实际表现效果也给 Ansys Fluent 用户提供了很好的参考价值。
▲丽台 WinFast GS4840 工作站配置规格
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