45天缩短到4天，突发性Fluent仿真任务怎么破？
CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）是一种利用计算机来解决工程流体流动问题的方法，具体方法是数值计算，通过计算机求解流体流动过程中的质量传递、能量传递、动量传递以及化学反应问题，不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，可以模拟真实条件和实验中很难达到的理想条件。
Fluent算得上应用最广泛的CFD应用了。2006年5月，正式成为Ansys大家庭中的重要成员，共享先进的Ansys公共CAE技术。3、因为涉及大量数学计算，有很高的计算资源需求。随着应用的物理建模不断精细，数值模拟分辨率越来越高，对计算能力的要求也越来越高。当求解问题规模越来越大，网格数上升到几千万甚至上亿的时候，如何让Fluent仿真任务在更短的时间迭代收敛呢？面对永无止境的计算需求，我们主要发挥作用就在第三点上。某高校实验室使用Ansys Fluent进行基于化学反应模型的CFD流体仿真，因科研项目需要结题，需要在一周内完成10多个case的运算。该实验室有80核本地资源，通常情况都是单机跑，没有集群环境。根据以往经验推断，要完成这组任务需要花费至少45天才能完成。但一方面，超算的使用门槛比较高，且应用需要用户配置，无法做到开箱即用，他们更习惯拖拉曳的图形界面操作方式。另一方面，该实验室迫切需要能够在短时间内使用比较大规模的算力资源，而超算没这么快，需要等。2、fastone能够短时间内获取大量算力资源，大幅度缩短项目周期？3、Fluent应用的高效率并行性是否在云端同样适用？4、针对擅长和不擅长编程的用户，fastone能否提供不同的操作方式？Ansys Fluent一直宣称自己支持高效率的并行计算功能，在2016年曾联手CRAY和HLRS超算创了一项世界记录，将Fluent扩展到超过172,000个计算机核心。对于以有限单元法为基础的CFD类计算，尤其是选用隐式格式和耦合算法的时候，并行计算时会将网格分成很多块放在不同的计算节点上，在计算时每个迭代步节点之间需要进行大量的数据交换。因此，节点之间的数据通信就显得尤为重要。Fluent通过内置MPI并行机制来大幅度提高可扩展性，通过放大计算资源规模来最短时间给出高精度的计算结果。而在本地或超算环境，比较有效的解决方案就是IB-Infiniband。针对这一特性，我们分别在云端选择了计算优化型实例和网络加强型实例进行验证。Fluent原生只支持LSF/SGE/PBS调度器，平台通过Slurm Wrapper的方式都可以支持。实证场景一
云端扩展性验证
理想值 VS 云端计算优化型实例
1、在云端使用计算优化型实例，当所调度资源在480核及以下时，云端扩展性较好。2、随着核数逐渐增加，由于节点间通信开销指数级上升，性能的提升随着线程数增长逐渐变缓。当核数增加到960核时，计算优化型实例共耗时106.6小时，比理想耗时高16.6小时。1、云端调度120核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时721.8小时；2、云端调度240核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时362.2小时；3、云端调度360核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时242.4小时；4、云端调度480核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时183.3小时；5、云端调度600核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时152.1小时；6、云端调度720核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时130.8小时；7、云端调度840核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时117.3小时；8、云端调度960核计算优化型实例运算一组Fluent任务，耗时106.6小时。实证场景二
云端扩展性验证
云端计算优化型实例 VS 云端网络加强型实例
1、在云端使用云端网络加强型实例，调度960核计算资源，最多可将运算一组Fluent任务的耗时从本地单机环境的45天缩短到90.6小时（3.775天），可满足该实验室“一周内完成”的要求；2、网络加强型实例有效解决了Fluent任务并行计算节点间通信问题，在云上展现出了良好的线性扩展性。在相同的核数下，网络加强型实例的线性十分接近理想值。也就是说，如果核数增加，仿真所需时间会成比例缩短。1、云端调度120核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时720.1小时；2、云端调度240核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时360.3小时；3、云端调度360核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时240.2小时；4、云端调度480核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时180.2小时；5、云端调度600核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时144.4小时；6、云端调度720核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时121.1小时；7、云端调度840核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时103.3小时；8、云端调度960核网络加强型实例运算一组Fluent任务，耗时90.6小时。实证场景三
任务提交方法
journal标准流程化模式 VS Fluent应用图形界面模式
我们为有编程基础的用户提供journal标准流程化模式，用户可在Web浏览器中直接提交已编写好的journal文件，开启云端Fluent任务，方便快捷。而对于无编程基础的用户提供Fluent应用图形界面模式，用户可通过Web浏览器启动集群，跳转到虚拟桌面，并可在该桌面直接操作Fluent应用进行相应设置以开启云端Fluent任务。3、在应用中选择journal文件（即Fluent脚本文件），输入所需资源和应用参数（如求解器精度），提交任务。该种方式要求用户有能力自定义journal文件，即需要用户具有一定的编程基础。由于该高校科研组缺乏相应编程能力，fastone为其提供了Fluent应用图形界面提交方式。3、在已创建的集群点击WebVNC远程桌面图标（同时提供WebSSH远程命令行功能）；4、跳转到虚拟桌面，可在该桌面直接操作Fluent应用进行相应设置以提交任务。该种方式模拟出了Fluent的原生界面，用户更为熟悉操作环境，使用体验较好。实证场景四
用户模式
普通用户模式 VS 高级用户模式
上一个场景里的journal标准流程化模式就是通过Web浏览器选择新建任务、选择应用、上传文件，输入参数，配置资源等一系列向导式路径提交任务。而对于高级用户，比如本身对应用工作流的理解和编程能力超强，可以不用走普通用户通过应用向导式提交的路径，可以直接根据自己写的脚本，通过Web浏览器选择新建集群，然后按需动态地在云端创建HPC集群。2、fastone能够快速获取大量云端算力，大幅缩短项目周期；3、针对Fluent应用对节点间数据通信的高要求，选择网络加强型实例可以在云端达到很好的高效率并行性；4、针对不同的用户，fastone提供多种任务提交方式以供选择，既支持journal标准流程化模式，也支持Fluent应用图形界面模式；6、高级用户可以根据自定义脚本，直接在云端创建HPC集群。本次CAE行业Cloud HPC实证系列Vol.5就到这里了。在下一期的CAE云实证中，我们将利用速石平台使LS-DYNA模拟性能得到极大提升。未来我们还会带给大家更多领域的用云“真香”实证，请保持关注哦！
