1 高效能云計算的實現是否能夠幫助CAE工具的推廣？
現代計算機輔助工程（CAE）軟件面臨的最大問題是用戶群太小。最合理的解釋是：購買CAE軟件證書許可證以及運行CAE軟件的大型計算機都需要大量金錢的投入。也許云計算能夠改變這一現象。
圖1 借助軟件CD-adapco STAR-CCM+建立的X-34特超聲速重返模擬模型
美國國家航空和宇宙航行局X-34特超聲速重返模擬，由TLG航空航天的Matt Knapp借助軟件CD-adapco STAR-CCM+建立的。
從技術角度，對于CAE供應商來說，支持云計算并不能稱得上是個挑戰，因為大多數的CAE系統已經能夠支持高效能計算集群。集群和云端的區別僅在具體實施上：集群使用快速相互連接的高速運行計算機；云計算是將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作。
CAE軟件供應商運營云計算有不同的方式，區別在于許可證有效期和擴展性的不同。以下是幾個有趣的例子：
2 免費CAE軟件，低廉計算成本
CAE云端最引人注意的是OpenFOAM和亞馬遜EC2的結合。
OpenFOAM是眾所周知的解決連續力學問題的開放源代碼系統。它可以解決任何復雜的流體問題如化學反應、湍流和熱傳遞等，也可以解決剛體動力學和電子學的問題。
圖2 前輪艙沒有安裝擋風板的車輛以每小時300英里的
速度前進時氣流情況與安裝擋風板時氣流情況比較
上圖中模擬平臺為超級計算機中心，模擬內容為前輪艙沒有安裝擋風板的車輛以每小時300英里的速度前進時氣流情況與安裝擋風板時氣流情況比較。CFD模擬采用OpenFOAM軟件，后處理采用Paraview軟件。
OpenFOAM區別于其他開源CAE軟件在于其同時由非盈利組織（OpenFOAM基金會）和商業組織（ESI）支持。所以，軟件不僅會定期更新升級，還有強大的支持后盾。ESI還會為全球OpenFOAM用戶提供專業培訓課程。
OpenFOAM完全自動并行化，無論是共享存儲空間還是分配存儲空間，都能夠表現出高效能。大多數并行化CFD軟件，包括OpenFOAM在內，都能夠以較大的隨機存儲存儲器和高速的I/O運行計算。典型的公共云端（比如亞馬遜、谷歌等）使用標準吉比特以太網連接節點。這個速度足以滿足其他應用程序，但對于CAE軟件來說，這個速度已經成為瓶頸。
圖3 電池驅動前行汽車在每小時300英里速度下前行時單個車輪內的氣流情況
圖中仿真模擬平臺為俄亥俄超級計算機中心，電池驅動前行汽車在每小時300英里速度下前行時單個車輪內的氣流情況。CFD模擬采用OpenFOAM軟件，后處理采用Paraview軟件。
兩三年前，亞馬遜公司引入一種特殊的云端模式到EC2，目的是為了更好地支持高效能計算。“集群計算八個超大云主機”使用兩個英特爾至強E5-2670八核Sandy Bridge處理器，內存為60.5GB，10千兆以太網I/O，計算成本為2.4美元每小時。亞馬遜EC2能運行多快呢？據統計，一個使用17024核和65968GB內存的集群在世界上超級計算機中排名72位，達到354.1兆次運算。
3 付費使用CAE軟件
如果客戶希望得到完善的解決方案，無論是云端服務還是軟件都有各種各樣的選擇。雖然主流云端服務公司，尤以亞馬遜為例，擁有支持CAE軟件的能力，但他們沒有出色的內行專家。所以，你需要尋找專門擅長高效能云計算的公司。
Sabalcore就是這樣一家公司，他們提供虛擬主機，支持軟件包括OpenFOAM、CD-Adapco’s STARCCM+、高效能計算ANSYS（包括Fluent和CFX）。該公司的點播業務運行在Linux集群平臺，高效能計算尤為出色。節點連接采用無線寬帶技術。每個處理器每小時運行成本在0.2美元到0.29美元。
STAR-CCM+軟件擁有云端友好授權機制。STAR-CCM+/隨需應變產品允許按小時使用而不限制計算機核的數量。無論是對內部的集群或者是云計算服務，每一個許可證書的使用允許不受電腦資源的限制。本質上來說，隨需應變使用戶擁有更自由的仿真能力。
4 CAE用于服務
傳統的CAE軟件供應商或許會支持云計算，但條件是不能超出他們正常情況下所能提供的服務。歐特克公司已經決定提供CAE軟件的云端服務。該公司有三類CAE軟件：機械軟件（壓力、震動、運動），CFD軟件（流體流動和熱學）以及Moldflow（非常流行的塑料注塑成型仿真模擬工具）。所有這些軟件都可以在仿真360上運行服務（360是該公司云端軟件作為服務產品的品牌名稱）。
仿真360產品與臺式機上的產品除求解器不同外，其他完全一致。仿真360求解器運行在云端，而另一個在本地計算機上。當使用仿真360時，按下“solve”按鈕，預處理網格劃分命令通過英特爾發送到公司云端進行處理。標準的任務管理器會實時反饋仿真模擬的狀態，當計算結束后，計算結果可以通過本地工作站下載下來。
圖4 使用歐特克公司仿真CFD進行氣流和熱分析
歐特克仿真360提供年度預約服務，用戶可根據需求選擇：
1.Mechanical和CFD，包括120多項任務處理，每年3600美元
2.Mechanical和CFD，不受任務限制，每年7200美元
3.Mechanical、CFD和Moldflow，包含120多項任務處理，每年10000美元
4.10項任務處理，100美元
在首個版本發布時，歐特克公司提供了一個求解器運行的標準—當在云端建立任務后，運行能力相當于單個高效能8核計算機。這并不能說明歐特克公司求解器缺乏集群運算能力，而是由于公司希望采取保守態度對待首個版本。時機成熟后，歐特克公司很可能會提供求解器在大型集群運行的方案。
圖5 臺式打印機內部機械應力仿真—歐特克仿真Mechanical
歐特克仿真360區別于其他云端CAE的是適合設計工程師的使用（分析功能除外）。歐特克擁有龐大的CAD用戶群，所以其提供的CAE服務將會更多面向CAD用戶。
5 云端帶來的改變
目前云端CAE存在兩大不完善的地方。一個是數據安全性問題。盡管云計算已經擁有了較多的安全政策與應用實例，有些公司仍舊禁止工程數據流出公司防火墻。另一個爭議是當進行大型仿真計算時，數據的傳送存在較大障礙。一些CFD分析會生成大容量的數據，甚至會達到千兆字節。相信在不久的將來，這些問題都會被克服，云端CAE得到進一步的完善。
對大多數CAE程序用戶來說使用云計算的益處歸根到底是不用購買和管理計算集群，進而改變了計算機行業的經濟學。而對于歐特克仿真360，益處在于：提供便捷仿真工具，較低的預約價格，無需購買高端計算機。
歐特克仿真360值得人們繼續關注，因為它會推動CAE軟件在不同人群中的使用，并將引起更多的公司效仿歐特克建立CAE云計算。
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本文標題：CAE軟件在云端的現狀與前景
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