原創(chuàng)|Solidworks資訊|編輯:吳秋紅|2023-06-01 10:57:12.403|閱讀 177 次
概述:SOLIDWORKS流體仿真項(xiàng)目的總求解時間受多種因素的影響,如總單元數(shù)、項(xiàng)目參數(shù)、傳熱效應(yīng)和收斂目標(biāo)等等。
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客戶經(jīng)常會問,他們應(yīng)該為SOLIDWORKS Flow Simulation購買什么工作站,以盡可能快地解決他們的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)問題。遺憾的是,這個問題后面往往有一個無法實(shí)現(xiàn)的期望,如 "一切都需要在10分鐘內(nèi)解決"。
注意:雖然有可能捕捉到一個超快的求解時間,但結(jié)果的準(zhǔn)確性會受到影響。
SOLIDWORKS流體仿真項(xiàng)目的總求解時間受多種因素的影響,如總單元數(shù)、項(xiàng)目參數(shù)、傳熱效應(yīng)和收斂目標(biāo)等等。讓我們通過比較三個不同的CFD項(xiàng)目在各種工作站上的總求解時間來關(guān)注一下可能的情況。
一、基準(zhǔn)文件
用于基準(zhǔn)測試的SOLIDWORKS CAD數(shù)據(jù)是三個SOLIDWORKS Flow Simulation Tutorial文件: A2共軛傳熱、B4網(wǎng)格優(yōu)化和C5旋轉(zhuǎn)葉輪。
教程的PDF文件可以在<SOLIDWORKS Installation folder>\SOLIDWORKS Flow Simulation\lang\english\Docs文件夾中找到。
同樣,基準(zhǔn)文件可以在<SOLIDWORKS Installation folder>\SOLIDWORKS Flow Simulation\Examples中找到。
請確保將示例文件復(fù)制到C:\Program Files以外的目錄中,以便有讀/寫權(quán)限。我們還建議從Ready文件夾中打開文件,除非您想通過完整的教程進(jìn)行操作。
每個教程模型的網(wǎng)格設(shè)置都進(jìn)行了調(diào)整,以便為我們的比較創(chuàng)造更大的問題。對于教程A2共軛傳熱,全局網(wǎng)格設(shè)置被提高到4級。修改后的單元格總數(shù)為241,630個。(圖1)
圖1:基準(zhǔn)A2的網(wǎng)格修改,最終的網(wǎng)格大小
對于教程B4網(wǎng)格優(yōu)化,基準(zhǔn)開始于創(chuàng)建第二個局部網(wǎng)格部分。對全局網(wǎng)格設(shè)置所做的修改包括手動指定笛卡爾空間的單元數(shù)和調(diào)整第二個網(wǎng)格控制的細(xì)化單元數(shù)。這些修改后的單元總數(shù)為501,667個(圖2)。
圖2:基準(zhǔn)B4的網(wǎng)格修改,最終網(wǎng)格大小
對于教程C5旋轉(zhuǎn)葉輪,全局網(wǎng)格設(shè)置被提高到5級。這次修改后的單元總數(shù)為190,800個。(圖3)
圖3:基準(zhǔn)C5的網(wǎng)格修改,最終網(wǎng)格大小
二、基準(zhǔn)工作站
在這項(xiàng)研究中,我們使用了五個不同的工作站來評估SOLIDWORKS Flow Simulation的性能。CPU的范圍從第七代到第十一代英特爾和AMD Ryzen Threadripper Pro 5000系列處理器。一般來說,這些是六年前可以購買的工作站,而現(xiàn)在則可以購買。工作站的型號和關(guān)鍵部件規(guī)格見圖4。
圖4:用于基準(zhǔn)測試的工作站規(guī)格
三、關(guān)于SOLIDWORKS流體仿真基準(zhǔn)測試的其他信息
在解決這些基準(zhǔn)模型之前,我們經(jīng)常向客戶推薦SOLIDWORKS知識庫文章S-034487 "多CPU的使用和對解決時間的影響"。這篇文章和所包含的FAQID文件是我們幾年來一直參考的內(nèi)容,以指導(dǎo)客戶在改善SOLIDWORKS Flow Simulation性能方面做出更明智的決定。這篇文章的新版本可以在達(dá)索系統(tǒng)支持知識庫中找到,QA文章QA00000109363。(需要登錄才能訪問)。
我們的測試是按照這篇更新的知識庫文章中的程序進(jìn)行的。此外,我們希望在我們的基準(zhǔn)測試中包括第12代和第13代英特爾處理器,但是,在我們進(jìn)行基準(zhǔn)測試時,我們沒有配備這些處理器的工作站。
我們利用SOLIDWORKS 2022 SP 5.0進(jìn)行了所有測試。在本文后面的結(jié)果數(shù)據(jù)中,總CPU時間是指每個SOLIDWORKS Flow Simulation項(xiàng)目在使用CFD項(xiàng)目的指定核心數(shù)的情況下被解決三次的平均值。如QA00000109363所述,總CPU時間數(shù)據(jù)是從每個已解項(xiàng)目的.STDOUT文件中收集的。最后,使用SOLIDWORKS Flow Simulation Batch Run解決所有項(xiàng)目,設(shè)置如圖5所示,該計(jì)算機(jī)的最大同時運(yùn)行數(shù)設(shè)置為1。
圖5:用于基準(zhǔn)測試的批量運(yùn)行設(shè)置實(shí)例
四、結(jié)果出來了!
從基準(zhǔn)測試A2共軛傳熱開始,圖6中的數(shù)據(jù)顯示了我們所期望的結(jié)果。計(jì)算能力最差的最老的機(jī)器,工作站A,有最長的求解時間。較新的工作站C、D和E的求解時間最短。當(dāng)利用較少的處理器核心進(jìn)行求解時,工作站C和D的基本時鐘速度都超過了工作站E。雖然這是一個有趣的數(shù)據(jù)點(diǎn),但我想不出有什么理由讓您在單核上運(yùn)行SOLIDWORKS流體仿真項(xiàng)目--除了用于基準(zhǔn)比較之外!
在每臺機(jī)器上,幾乎每個基準(zhǔn)A2項(xiàng)目的求解時間都相差不到10秒,而且是用相同數(shù)量的CPU核求解的。
唯一的例外是工作站A用2個CPU核心解決,在最小和最大的總CPU時間之間有25秒的差異。8個核心的工作站E的解決時間為178秒,而24個核心的解決時間為120秒。雖然求解時間確實(shí)減少了32%,但這是用3倍的CPU核心完成的。
圖6: 基準(zhǔn)A2的結(jié)果
接下來是Benchmark B4網(wǎng)格優(yōu)化。圖7中的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)A2的結(jié)果一致;新的處理器比舊的處理器表現(xiàn)更好。基準(zhǔn)B4是三個基準(zhǔn)中網(wǎng)格總大小最大的,因此,預(yù)計(jì)它對計(jì)算資源的消耗會更大。
關(guān)于求解時間的差異,工作站A和B在用2個CPU核心求解時,分別為282秒和287秒。幾乎所有其他解決的項(xiàng)目在使用相同數(shù)量的處理器核心時,差異都小于75秒。工作站D用8個核心解決的時間是1002秒,而工作站E用8個核心解決的時間是954秒。 利用所有內(nèi)核的工作站E在541秒內(nèi)解決了基準(zhǔn)項(xiàng)目B4,與工作站E的8個內(nèi)核解決相比,提高了43%。
圖7: 基準(zhǔn)B4的結(jié)果
最后,基準(zhǔn)C5旋轉(zhuǎn)葉輪是一個全局旋轉(zhuǎn)區(qū)域問題,是三個基準(zhǔn)中最小的網(wǎng)格。數(shù)據(jù)顯示在圖8中。總的CPU時間從高端的1013秒(工作站A,1核)到低端的98秒(工作站E,24核)不等。對于所有已解決的迭代,用相同數(shù)量的處理器核心解決的同類項(xiàng)目,其差異小于11秒。
工作站E的8核CPU求解時間為158秒,而使用所有24核時為98秒,提高了38%。
圖8:基準(zhǔn)C5的結(jié)果
所展示的數(shù)據(jù)遵循了我相信我們大多數(shù)人已經(jīng)知道的事實(shí)--"更新、更好、更快、更多 "對于減少SOLIDWORKS Flow Simulation的解決時間來說通常是一件好事。從上面的數(shù)據(jù)中,有一個有趣的項(xiàng)目需要指出。
與只利用6個核心相比,工作站B在用8個核心進(jìn)行求解時的效率較低。我們檢查了這些項(xiàng)目的數(shù)據(jù),并重新進(jìn)行了研究以驗(yàn)證。這是出乎意料的,我們都不能明確地解釋這一點(diǎn)。
什么是真正的問題呢?
我們知道你在想什么。'這些基準(zhǔn)都不是真正的大問題'。我們同意,一個少于50萬個單元的SOLIDWORKS Flow Simulation項(xiàng)目可能被認(rèn)為是 "小 "的,盡管這個總單元數(shù)對于許多SOLIDWORKS Flow Simulation項(xiàng)目來說可能是綽綽有余的。
如果不為我們的工作站設(shè)置一個真正有難度的問題,這個基準(zhǔn)就不完整了。考慮到這一點(diǎn),我們修改了 "A2共軛傳熱 "教程,將全局網(wǎng)格設(shè)置為6級。增加了一個最小壁厚,設(shè)置為0.09英寸。經(jīng)過這兩項(xiàng)修改后的單元總數(shù)為3,605,138。
圖9:基準(zhǔn)問題A2 "大 "網(wǎng)格的修改,最終的meh大小
對于這個 "大型 "基準(zhǔn)問題,工作站A、B、C和D使用了所有可用的內(nèi)核。對于工作站E,用8、12、16、20和24個內(nèi)核完成了求解,以深入了解增加額外的CPU內(nèi)核可以如何減少SOLIDWORKS Flow Simulation項(xiàng)目的求解時間。這些解決方案的數(shù)據(jù)顯示在圖10中。
圖10:基準(zhǔn)測試A2 "大型 "結(jié)果
正如預(yù)期的那樣,最長的解題時間是在工作站A上,高達(dá)15197秒(253.3分鐘,或4.22小時)。
在光譜的另一端是工作站E的全核心求解,為3,494秒(58.2分鐘)。
總的趨勢是,更多的核心將在更短的時間內(nèi)解決一個大型的SOLIDWORKS Flow Simulation項(xiàng)目。唯一的例外是工作站C的解決時間為10,281秒。該工作站由于只有16GB的內(nèi)存而受到限制,這一點(diǎn)可以通過觀察Windows任務(wù)管理器報(bào)告使用情況以及在大部分求解過程中承諾的內(nèi)存處于或接近最大值來見證。
思考
從這里所介紹的內(nèi)容中,有很多數(shù)據(jù)是可以消費(fèi)的。如果你目前使用的是一個有幾年歷史的工作站,而你的CFD分析工作需要提升性能,那么一個較新的工作站是一個合理的選擇。選擇一個高核心數(shù)的處理器并不是使用SOLIDWORKS Flow Simulation大幅減少解決時間的唯一限制因素。解決工作站中所有潛在的瓶頸問題是實(shí)現(xiàn)最佳性能的途徑。這意味著要考慮工作站中的RAM的數(shù)量和速度。這也意味著要選擇快速的固態(tài)硬盤來讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)。
最后,多線程并不能為解決時間的減少提供線性改善。雖然更多的可用處理器內(nèi)核將減少總的解決時間,但從圖表中可以看出,當(dāng)增加更多的CPU內(nèi)核時,性能的提高是有限度的。根據(jù)我們之前與SOLIDWORKS技術(shù)支持部門的討論,多線程的收益在超過大約20個線程時就會減弱。當(dāng)考慮到具有更多內(nèi)核數(shù)的處理器之間的價(jià)格增長時,這成為一個重要的考慮因素。
那么,您究竟需要多少個CPU內(nèi)核才能獲得更好的SOLIDWORKS Flow Simulation性能?
根據(jù)我們的數(shù)據(jù),8核處理器是您應(yīng)該考慮的低端產(chǎn)品。在高端,具有20至24個內(nèi)核的處理器將提供更多的處理空間,特別是對于大型CFD項(xiàng)目。
請確保選擇一個具有高基頻和高升頻的處理器,以便與核心數(shù)量相匹配。現(xiàn)在,請使用SOLIDWORKS仿真技術(shù)使您的產(chǎn)品變得更好吧!
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