Москва:

(495) 648-42-86

Санкт-Петербург:

(812)  648-42-86

solvemultiphysics.ru

облачные вычисления для инженерных расчетов

Широкое применение программных систем инженерного анализа и потребность в высокопроизводительных ресурсах являются движущими факторами развития облачных вычислений. Выполнение инженерных расчетов в облаке требует решения ряда технических и организационных задач. В данной статье мы предлагаем 8 практических советов по созданию эффективной системы для облачных инженерных расчетов.

  1. Избегайте перемещения больших объемов данных
  2. Используйте средства удаленной визуализации
  3. Обеспечьте безопасность сетевого соединения и системы хранения данных
  4. Настройте доступ к планировщику задач и системе управления данными
  5. Используйте имеющиеся лицензии
  6. Рассмотрите различные модели лицензирования
  7. Сбалансируйте нагрузку на лицензии и вычислительные мощности
  8. Начните с малого, стремитесь к большему

Пример спроектированной высокопроизводительной системы с применением данных лучших практик можно найти в перечне выполненных проектов Центра инженерно-физических расчетов и анализа - Проектирование вычислительного кластера БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова.

1. Избегайте перемещения больших объемов данных

Первый практический совет касается хранения данных и состоит в минимизации перемещения или копирования больших объемов данных между облачными ресурсами и рабочим местом пользователя. Очевидно, определенный минимальный объем данных должен передаваться: инженер может создавать 3D модель в CAD системе на своем рабочем месте, и данная модель должна быть загружена в облако. Размер файла с 3D моделью для расчета обычно невелик и занимает несколько мегабайт, что потребует не более минуты для загрузки модели в облако. С другой стороны, файл с конечно-элементной моделью и тем более результаты расчета могут занимать от сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт. Передача подобных файлов по сети может занять часы и даже дни, что не является лучшей практикой.

2. Используйте средства удаленной визуализации

Второй совет связан с идеей хранения данных в облаке. Конечные пользователи нуждаются в органичном использовании высокопроизводительных облачных ресурсов. Это означает, что необходимо настроить не только пакетный запуск решателей, но и обеспечить графический пользовательский интерфейс для работы с программным обеспечением для инженерных расчетов – пре- и постпроцессинга. Для этого понадобится инструмент удаленной визуализации с ускорением на стороне сервера и минимальными задержками. С облачного ресурса необходимо обеспечить доставку удаленного рабочего стола для полноценной работы. Эти факторы требуют наличия в облаке графического сервера с достаточным количеством памяти для загрузки и отображения конечно-элементных моделей.

3. Обеспечьте безопасность сетевого соединения и системы хранения данных

Данный совет относится к безопасности данных - одному из наиболее часто возникающих вопросов при проектировании системы облачных вычислений, особенно у предприятий ОПК. Расчетные модели зачастую содержат сведения, относящиеся к коммерческой или государственной тайне. Компания должна быть уверена, что подобные данные надежно защищены. Упрощенно можно сказать, что вопрос защиты данных сводится к двум факторам:
  1. Шифрование данных «на лету», для чего возможно использование одного из следующих вариантов защищенного сетевого протокола:
    • установка VPN-соединения узел-узел, что потребует выполнения значительного объема работ и при этом приведет к возможности масштабирования - обеспечения многопользовательского доступа и работы с большими объемами данных.
    • выполнение всех транзакций данных в веб-интерфейсе через протокол HTTPS, что является более прагматичным подходом для небольших групп инженеров или использования облачного ресурса лишь время от времени.
  2. Защита стационарных данных проводится путем шифрования. Это может быть сделано на уровне файловой системы или приложения. Шифрование на уровне файловой системы более просто реализовывается, если в распоряжении имеются хорошие системные инструменты.
Если в качестве облака используется не корпоративное, а внешнее облако, то необходимо убедиться, что поставщик облачных ресурсов предоставляет выделенные сегменты системы для разных клиентов, изолируя ваши данные от других пользователей. При использовании облачных систем участники должны разделять ответственность за обеспечение безопасности:
  • поставщик облачных ресурсов обеспечивает физическую безопасность дата-центра и внутренней сети;
  • пользователь облачного ресурса удостоверяется в безопасности своей операционной системы и приложений, системе прав доступа, сетевого протокола;
  • разработчики приложений, в частности, программных систем инженерного анализа, обеспечивают безопасность программной системы, в частности, шифрование при обмене данными и их хранении.

4. Настройте доступ к планировщику задач и системе управления данными

Многих пользователей интересует вопрос, не снизится ли производительность инженеров-расчетчиков при использовании облачных ресурсов. Для конечных пользователей важно наличие простых, интуитивно понятных процедур запуска задачи на расчет, настроенных для каждого конкретного приложения. Для запущенных на расчет задач необходимо проводить мониторинг выполнения расчета. К результатам расчета должен быть обеспечен доступ с возможностью архивации, трансфера и поиска. Соответствующие системы могут и должны быть установлены и настроены поставщиком облачных ресурсов.

5. Используйте имеющиеся лицензии ПО

Вопросы лицензирования программных продуктов для облачных вычислений возникают сразу следом за вопросами о безопасности данных. Ключевым фактором экономического эффекта облачных вычислений является возможность использования в облаке имеющихся в наличии лицензий на программное обеспечение инженерного анализа. Поставщик программного обеспечения должен предоставлять юридическую, а поставщик облачных ресурсов – техническую возможность переноса лицензий в облако. В этом случае, путем соответствующих сетевых настроек (VPN узел-узел или аналогичная конфигурация фаервола), лицензии могут быть переданы в облако и обратно. Альтернативой является привязка лицензий к облачному лицензионному серверу и разделение пула лицензий на «локальные» и «облачные», что является более простым, но не столь гибким решением.

6. Рассмотрите различные модели лицензирования

При использовании облачных ресурсов стоимость вычислительных мощностей чаще всего происходит по принципу оплаты по факту за использованные ядра CPU, GPU, гигабайты дискового пространства. Аналогичные модели лицензирования предлагаются некоторыми разработчиками коммерческого ПО для инженерного анализа. Использование гибких моделей лицензирования может быть выгодным, а может и не быть, по сравнению со стандартными схемами (бессрочные или арендные лицензии). В случае необходимости строгого бюджетирования затрат на ПО и невозможности определить заранее объемы расчетов, стандартная схема более предпочтительна. В случае пиковых нагрузок и срочных проектов экономически более оправданной может оказаться схема оплаты за лицензии «по часам». Аналогичные рассуждения могут быть применимы и к собственно вычислительным ресурсам. Лучшей практикой является комбинация схем лицензирования и модели доступа к вычислительным ресурсам, в зависимости от текущих и спрогнозированных потребностей предприятия.

7. Сбалансируйте вычислительные мощности под задачи

Не все инженерные расчеты требуют одинаковых ресурсов и мощностей в облаке. Если для решения нестационарной задачи вычислительной гидродинамики с многомилионной расчетной сеткой и отличным масштабированием требуется максимальная скорость вычислений, то для ее решения можно использовать до 30 тысяч ядер. Иные параметры облачного ресурса могут понадобиться при одновременном решении сотен или тысяч задач механики на сотню тысяч узлов расчетной сетки, в случае исследования пространства параметров или проведения оптимизации. Может оказаться, что вычисления на графических картах ускорят расчет, а может и не окажут существенно влияния. Возможно задача будет чувствительна к производительности системы ввода-вывода или же к задержке в интерконнекте. Для создания оптимальной системы необходимо проводить бенчмарк-тесты – самостоятельно или обратившись в профильные профессиональные организации. Специалисты Центра инженерно-физических расчетов и анализа имеют большой опыт настройки вычислительных систем и оказывают услуги по проектированию и настройке облачных высокопроизводительных систем для инженерных расчетов.

8. Начните с малого, стремитесь к большему

Наиболее успешные проекты по организации облачных вычислений реализовываются организациях уже имеющих опыт высокопроизводительных вычислений на своих мощностях. В этом случае руководство компании может увидеть экономический эффект от перевода расчетов в облако, а ИТ-подразделение готово обеспечить профессиональную поддержку и организацию инфраструктуры для инженеров-расчетчиков. Успешные компании внедряют облачные вычисления постепенно шаг за шагом, применяя смешанные модели лицензирования и регулярно оценивая сложности и эффект от данных изменений.  

Заключение

Облачные вычисления способствуют появлению новых бизнес-моделей предоставления программного обеспечения инженерного анализа как облачного сервиса, что может существенно изменить CAE рынок в ближайшие 5 лет и обеспечить доступ инженеров и исследователей к доступным высокопроизводительным ресурсам для расчетов и анализа. Однако, не все компании на своих стадиях развития бизнеса нуждаются в применении данной технологии. В процессе использования программных систем инженерного анализа каждая компания должна пройти свой путь от расчетов на персональных рабочих станциях к применению локальных высокопроизводительных систем и затем к облачным вычислениям. 
 
В статье использованы материалы сайта www.ansys-blog.com

Поделитесь в социальных сетях