搞仿真如何选配硬件（二）

仿真工程师在学习和工作之中都希望能有一台性能强悍的计算机，让自己能够快速的完成各种仿真方案的验证或者仿真计算任务，但大多数工程师对电脑都不太熟悉，本文将分析各种仿真对硬件的需求，并对硬件的选择提供相应的建议。

关键词：仿真软件、ANSYS、电脑配置、硬件

本文要点：

1、仿真软件对硬件的需求

2、仿真电脑配置建议

通常而言，ANSYS软件速度随着CPU的核数和时钟频率（主频）递增；但在选择硬件配置时，不应当一味的追求CPU的核数，还需要注意CPU的主频，核数相同的情况下，肯定首选高频率的CPU；一般而言，8~12核的CPU的核数与主频的平衡性较佳，若是预算充足的话，也可以买更多核数且主频较高的CPU。关于CPU，有超线程和超频这两个对仿真速度影响较大的技术，具体影响如下。

超线程技术可以将一个物理处理器当作两个逻辑处理器使用，但是这并不意味着物理上存在两个逻辑处理器，因此并不能实现计算速度的加倍。

超线程将逻辑核数加倍，每个线程的速度却约为原来的一半，在进行大规模计算的时候下降会更加明显。这种超线程技术类似于：大卡车原来只有一个车斗，能装10吨，可以跑到100KM/h，但是超线程技术相当于给大卡车再多加一个车斗拖着，相当于把一辆大卡车当两辆来用，可以装20吨了，但是跑起来的速度却只有50KM/h。

所以求解器通常再关闭超线程时性能更好，因为物理核数（而不是逻辑核数）与浮点运算关系最大。并且更多的线程意味着需要更多的HPC License,即上一篇文章说的许可文件。同时建议在仿真时不要占用全部的物理核数，留下2个核数不使用可以使仿真速度更快。

图 1 关闭超线程计算速度更快（图片来源：ANSYS官网）

英特尔睿频加速技术（Turbo Boost），这项技术可以理解为自动超频，当开启Turbo加速之后，CPU会根据当前的任务自动调整CPU主频，从而发挥最大的性能，轻任务时发挥最大节能优势。但是这个技术在使用核数较少时会有较大作用，但在使用核数较多时，不如核数与高速大内存的作用来得明显，因此尽量选择高基准频率的CPU更好。

内存有SMP（共享式内存并行）和DMP（分布式内存并行）。

单机并行（SMP）系统共享单个全局内存，可看做物理分布于多个内核，但仍是全局寻址

图 2 共享式内存（SMP）

图 3 分布式内存并行处理（DMP）

内存对仿真的影响有以下几点：

1、内存总量越大，可求解问题的规模就越大。

2、在仿真运算过程中，CPU需要与内存间进行大量数据的存取（I/O），内存带宽越宽，速度越快。带宽就像是高速公路，高速公路越宽，车道数越多，肯定车流量越大嘛，所以能用DDR5的内存肯定不用DDR4、DDR3的，能用5600MHz的肯定不用4800MHz的。

3、所有内存通道工作在最高速率，每块CPU应配备等量的内存。也就是说，例如在双路主板中安装了两颗CPU，当一颗配备了32G*8=256G的内存，那么另一块CPU也需要配置32G*8=256G的内存，如果一颗配的是32G*8的，另一颗配的是64G*4或者32G*4的内存，则工作速率不是32G*8的8通道工作速率，而是较低的4通道工作速率。

4、每个CPU内核配备8GB左右内存最佳。但根据个人或企业的经济实力，有时候每核4G也是可以的，后期不够可以加。

图 4 硬盘对软件加速性能的影响（图片来源：ANSYS官网）

显卡的性能主要对ANSYS软件的前后处理过程中的图形显示速度与效果起作用，对计算过程没有影响，GPU起作用的地方有：复杂模型的交互操作、大规模网格显示效果、动态场图生成与显示。

GPU拥有数以千计的核心，擅长浮点运算，可以高效的处理并行任务，而CPU除了负责浮点运算外，还有很多指令集负载，运算功能更丰富，结构更复杂，但核心数不多。是否支持GPU加速，与算法求解的数据相关性、数据结构的复杂程度有关。

对ANSYS2023R1支持GPU加速的显卡如下：

AMD InstinctTM：MI100、MI210、MI250、MI250X

NVIDIA：A10、A16、A30、A40、A100

NVIDIA RTX：A4000、A5000、A6000

NVIDIA Tesla Series任何型号

NVIDIA Quadro: RTX6000、RTX8000、GV100、GP100

ANSYS各软件对显卡的选择可以参考下图：

图 5 ANSYS软件显卡的选择（图片来源：ANSYS官网）

不同仿真软件对硬件的需求

ANSYS Mechanical对于CPU要求有多的核数和高的基准频率，同时运行时需要关闭超线程才能起到多核加速的效果。但多核加速在Mechanical中一般20核就会达到加速的极限，也就是说一个工作任务启用20核并行加速计算和40核并行加速计算是差不多的。

对于内存，自然是越多越好，硬盘容量也是越大越好，且尽量使用固态硬盘。

Fluent/CFX这样的流体仿真软件中的核心缩放非常好，因此关注核心*频率=有效频率，有些人偏向于频率，但小编偏向于堆CPU的核数，毕竟频率最高就那么高，但核数，一台电脑就能堆到256核去。而流体仿真多核加速基本没有限制，仿真文件足够大的时候40核的加速几乎就是20核加速的两倍。

内存也是每核4~8G，硬盘自然还是越大越好，使用固态最佳。

ANSYS EM中包含了MAXWELL 2D、3D，HFSS等电磁仿真软件，电磁仿真对CPU的频率要求较高，因此需要选择基准频率较高的CPU，一般电磁仿真的多核并行加速在12核左右就会到达极限。

内存也是每核4~8G，硬盘自然还是越大越好，使用固态最佳。

仿真电脑配置推荐

图 6 不同规模的仿真使用的仿真计算机（图片来源：ANSYS官网）

若是初学者学习使用的电脑，一般只会运行一个工作任务，因此对于初学者而言，CPU选择当年的因特尔酷睿系列或者AMD的锐龙R系列的就能满足要求。内存的话固态2T，500GC盘做系统盘，500G做软件安装盘，1个T做仿真运行文件的放置盘，再加4个T的机械做仿真文件备份盘以及个人文件存储盘。

若是个人使用笔记本电脑学习仿真的，当前各大电脑厂商的游戏本基本能够满足使用需求，2023年CPU外游戏本基本配置为当年最新的因特尔酷睿系列移动桌面级CPU或AMD的锐龙R系列CPU，8*2=16G内存+1T固态的形式，GPU为英伟达的GeForce RTX系列显卡，个人根据经济情况选择CPU和GPU，内存可以加到 16*2=32G或8+32=40G或32*2=64G，硬盘加2T到达3个T的固态。

各大厂商的游戏本主要有：联想的拯救者系列、惠普的暗影精灵和光影精灵系列、戴尔的游匣系列、神州的战神系列、华硕天选系列、宏碁掠夺者系列等，价格5000~10000不等。

小编自己学习用的笔记本为联想拯救者Y9000P 2022款，配置：CPU为酷睿i9 12900H,GPU为NVIDIA GeForce RTX 3060，内存为镁光的DDR5 32*2=64G（拆了自带的8*2=16G），硬盘都是固态硬盘（现在的游戏本加不了机械硬盘）：0.5（自带）+2（自己加的）=2.5T这一套在2023年一月花费1.1W。

如果需要加内存条和硬盘的，新电脑最好到售后去让专业人员帮加，大多数售后都是免费的。

对于小企业、个人仿真工作室、刚开始建立仿真能力的公司而言，仿真需求量实际也不大，任务也不繁重，使用工作站或者服务器作为仿真设备即可。这些企业或工作室一般会同时运行三到五个仿真任务，这时需要用到较多的核数，因此选择因特尔的至强金牌、银牌中核数较多的一般32核或64核的CPU或者AMD霄龙系列CPU，基准频率最好3GHz以上，三级缓存64Mb以上，GPU根据上一节的选配，硬盘仍是2T固态加4T或8T机械。

小编所在的公司需要进行电磁仿真、结构仿真、热分析以及耦合仿真，结构、电磁、流体都需要考虑到。所以给当前工作的公司配置的仿真服务器配置如下：

CPU：AMD霄龙9554（64核、3.1GHz基准频率、三级缓存256Mb、TDP 360W

GPU:NVIDIA A2000 6G（因为公司对价格有要求，所以牺牲了显卡性能）

内存：DDR5 RECC 4800MHz 64*4

主板：华硕 RS7720A-E12-RS12双路主板（只用了一路，选双路主要是方便后期升级，节约企业的成本）

硬盘：3T固态（服务器的固态比较贵，且加之公司有后端存储，所以就没买机械硬盘）

其他：主要是和公司后端存储连接的零件

这一套在2023年9月花费了7W。

对于大型企业或需要进行大规模仿真的实验室而言，需要用到大规模HPC集群甚至更大规模的数据中心，但这种HPC集群或者数据中心需要专门的HPC平台来支撑CPU内核的调用与分配,这里不多做过多的讲解。