Москва:

(495) 648-42-86

Санкт-Петербург:

(812)  648-42-86

solvemultiphysics.ru

Инженерные расчеты с применением высокопроизводительных вычислений

Некогда применение высокопроизводительных вычислений (high-performancecomputing, HPC) являлось уделом крупных корпораций, у которых имелись денежные средства и ресурсы, позволяющие приобретать и использовать суперкомпьютеры для инженерного моделирования. Со временем HPC-оборудование и «облачные» ресурсы становились все более мощными и, при этом, доступными. Это предоставило возможность малым и средним компаниям также начать использовать высокопроизводительные вычисления.

По мере распространения данной технологии, у представителей бизнеса возник ряд мифов и заблуждений относительно высокопроизводительных вычислений на собственном оборудовании и в «облаках». Распространение этих мифов создает серьезную проблему для инженеров и менеджеров, поскольку препятствует принятию решений, касающихся разработки продукции компании, что, в конечном итоге, снижает конкурентоспособность компаний.

Данная статья поможет инженерам и руководителям отделить правду от вымысла в том, что касается общего представления об использовании высокопроизводительных вычислений, как на собственном оборудовании, так и в «облаке». Прочтение статьи поможет более обоснованно принимать решения – как, когда и где использовать высокопроизводительные вычисления для инженерных расчетов.

Миф 1. Внедрение «облачных» технологий сразу же должно способствовать экономии денежных средств

Обычно один из основных аргументов для перевода сложных инженерных расчетов в «облако» состоит в следующем: использование «облака» должно обходиться дешевле.

На самом деле, применение высокопроизводительных вычислений в «облаке» не обязательно должно стоить меньше, по крайней мере, на первый взгляд. «Облачные» вычисления в целом обходятся дешевле, но каждый конкретный расчет «стоимости владения» для высокопроизводительных вычислений в «облаке», по сравнению с локальными мощностями, может быть сопряжен со сложностью и ошибками.

Сложность заключается не в математических расчетах, а в оценке стоимости неисчисляемых потерь при расчетах на собственном оборудовании, таких как: более длительное ожидание результатов расчета; ограничение по детализации модели или избегание более сложных проектов из-за нехватки вычислительной мощности; задержки выполнения работ из-за недостаточной вычислительной мощности и сбои в работе сервера, когда он занят несколькими проектами.

При этом «облако» является по своей природе масштабируемым/гибким, что позволяет инженерам при необходимости увеличивать расчетную мощность, а компании избегать оплаты неиспользованной мощности. Можно много говорить о преимуществах «облака», но в основном важно то, что его использование повышает оперативность, гибкость и способствует инновационной деятельности. К сожалению, все это, а также возможность делать то, что было невозможно раньше, нередко сложно обозначить в цифрах.

Существуют способы уменьшить или контролировать стоимость выполнения высокопроизводительных вычислений в «облаке». Одним из способов контроля затрат является использование различных моделей ценообразования, доступных в «облаке». В частности, на Amazon Web Services (AWS) имеется возможность арендовать неиспользуемые в данный момент ресурсы в облачном центре («spot» instance), по значительно более низкой стоимости, но без гарантии длительности их аренды.

Миф 2. Общедоступный «облачный» ресурс не обеспечивает необходимую безопасность

Безопасность – это главное требование заказчика, вне зависимости от того, где находятся данные. Если политика и процедуры не надежны, тогда данные не будут в безопасности, не важно, размещаются ли они на собственном оборудовании или в «облаке».

Как бы то ни было, когда речь заходит о физической безопасности самих центров обработки данных, провайдеры общедоступных «облачных» ресурсов задействуют системы и процессы, которые, вероятно, отвечают более высоким требованиям, нежели большинство локальных центров обработки данных.

Эти провайдеры предоставляют механизмы для создания безопасных решений, в том числе:

  • возможность определения частных виртуальных «облачных» сервисов;
  • возможность определения групп сетевой безопасности, которые пропускают трафик только через известные порты между известными сетевыми узлами;
  • возможность шифрования данных на хранении и тщательного контроля доступа к ключам шифрования;
  • возможность определения политики пользователей и групп для доступа к данным и шифрования данных, подлежащих анализу.

Что же касается «облачных» решений, то разработчики проектируют, поддерживают и контролируют их, чтобы соблюсти все требования безопасности. В целом, «облачные» решения обладают весьма высоким уровнем защиты. Результатом такого внимательного отношения к безопасности данных явилось увеличение числа компаний, переходящих на использование «облачных» ресурсов. В пользу общедоступных «облачных» ресурсов склоняются даже самые требовательные к соблюдению правил безопасности клиенты, в том числе из сферы здравоохранения, финансового и государственного секторов.

Чтобы понять, какой «облачный» сервис – общедоступный или частный – подходит для той или иной компании, следует определить ее нужды и требования, характерные для нее. В принятии решения следует основываться на фактах и стратегических целях компании, а не на мифах или страхах.

Миф 3 – Принятые схемы лицензирования не подходит для облачных вычислений

Еще одним распространенным заблуждением является мнение, что лицензирование является препятствием для использования высокопроизводительных вычислений в «облачных» ресурсах.

Основное заблуждение состоит в том, что независимые поставщики программного обеспечения не предлагают для «облачных» ресурсов гибкие, совместимые модели лицензирования, в том числе – лицензии по требованию, с оплатой за использование. Компании склонны думать, что они слишком много вложили в свои портфели технологий, чтобы переходить на что-то новое.

Но этот страх тоже не соответствует действительности – прежде всего потому, что зачастую нет необходимости отказываться от уже вложенных инвестиций. Все основные независимые поставщики программного обеспечения либо в настоящее время уже предлагают схемы лицензирования для «облачных» решений, либо планируют в скором времени их предлагать.

В качестве примера можно привести компанию ANSYS Inc., которая недавно представила новую схему лицензирования, основанную на гибком использовании «облачных» вычислений. Данная схема лицензирования может рассматриваться клиентами наряду с бессрочной лицензией и срочной арендой. ANSYS Elastic Licensing обеспечивает доступ к практически любому продукту ANSYS на основе почасовой оплаты, гарантируя, что клиенты никогда не будут работать без лицензии, независимо от того, что им нужно и где они находятся.

Миф 4 – Мне не пригодятся возможности HPC

Это заблуждение может звучать по-разному:

  • «HPC полезно только для моделирования CFD»;
  • «Все и так работает быстро, в увеличении скорости нет необходимости».

Действительно, хотя моделирование задач вычислительной газодинамики может потребовать гораздо больше ядер по сравнению с задачами механики или электромагнетизма, в основном из-за сущности основных применяемых алгоритмов, это не означает, что преимущества HPC нельзя применять и в остальных видах моделирования.

Некоторые специалисты думают, что их работа и так идет быстро и гладко, следовательно, им не требуется использование высокопроизводительных вычислений для ускорения процесса. Типичная ошибка этого мнения состоит в том, что такие проекты, как правило, невелики, и моделирование выполняется на одном или двух ядрах для линейных задач. Такой процесс мышления приводит к целенаправленному ограничению сложности решаемых задач в соответствии с имеющейся вычислительной мощностью.

Подобная позиция выгодна, если вы не стремитесь к большему, например, к расчетам в области нелинейной динамики или детального моделирования газовых потоков, результаты которых могут привести к реализации лучших, гораздо более конкурентоспособных и содержательных конструкторских идей. «Узкое» мышление приводит к тому, что небольшие компании стремятся оставаться «в тени» и замедляют свое развитие. Кроме того, мыслящим узко приходится довольно сложно в нынешних очень конкурентных, постоянно меняющиеся рыночных условиях.

Тем не менее, имеет смысл начинать с малого, пока вы мечтаете о больших достижениях. В качестве первого шага для перехода к использованию «облачных» сервисов следует выбрать значительный проект, который не очень хорошо выполняется на внутренней инфраструктуре. Последующее успешное выполнение задачи, которое ранее было сложным, застопорилось и т.д., принесет компании определенную выгоду.

То же относится и к первым шагам в области высокопроизводительных вычислений внутри компании. Выберите проект, при выполнении которого другим методом вы уже сталкивались с задержками или сложностями, и попробуйте для сравнения завершить его с помощью высокопроизводительных вычислений. Поэтапное освоение этой технологии (неважно, будут выполняться высокопроизводительные вычисления в «облаке» или на собственном оборудовании) является разумным путем к более инновационной и конкурентоспособной деятельности в сфере инженерного моделирования.

Выводы

В настоящее время высокопроизводительные вычисления могут выполняться не только на суперкомпьютерах – они доступны большему количеству компаний. Однако, многие по-прежнему не понимают их преимуществ. Широко распространены заблуждения вкупе с опасениями относительно высокопроизводительных вычислений, независимо от того, выполняются они в «облачных» ресурсах или на собственных мощностях.

Как бы то ни было, выгода, которую при использовании этих вычислений могут получить инженеры и менеджеры, заключается в значительном улучшении производительности инженерной работы и в обеспечении высокоточных результатов моделирования, позволяющих узнать все о поведении системы в реальных условиях. Если принять во внимание, что оба этих преимущества необходимы для успешной реализации бизнес-проектов в быстро меняющихся рыночных условиях, становится понятным, что преодолеть ложный страх и освоить высокопроизводительные вычисления – очень важно.

Общая ценность высокопроизводительных вычислений является причиной их активного использования. В то время как затраты могут быть сокращены с помощью нескольких способов использования «облачных» сервисов, экономия затрат сама по себе не является решающим фактором. Ускорение инновационной деятельности, заметное увеличение конструкторской гибкости и постоянное оттачивание конкурентных преимуществ, представляют собой гораздо большую значимость.

Именно эти основополагающие ценности должны быть главным мотивом для принятия решения об использовании высокопроизводительных вычислений в широком спектре инженерных расчетов и моделирования.

Существующий портфель технологий или заблуждения, связанные с вопросами лицензирования, не являются поводом для отказа от использования высокопроизводительных вычислений в инженерной деятельности. Используемые в настоящее время технологии редко являются серьезным препятствием для этого, а схемы лицензирования зачастую могут быть гораздо гибче, чем казалось изначально.

Поделитесь в социальных сетях