從事仿真行業(yè)的同學(xué)經(jīng)常有碰到一個頭疼的問題，那就是：如何根據(jù)自己的仿真環(huán)境和應(yīng)用軟件合理配置自己的計算機？因為仿真時需要進行很多的高性能計算。高性能計算，又稱超級計算，是計算機科學(xué)重要的前沿性分支，它不僅是一個國家綜合科研實力的體現(xiàn)，更是對國家安全、經(jīng)濟和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義。高性能計算可以應(yīng)用于工程仿真、深度學(xué)習(xí)研究、計算材料研究、生物學(xué)研究、氣象學(xué)研究、石油勘探等方面。

而工程仿真的高性能計算目的就是要以更低的成本（最短的時間、最少的人力、最少的資金），更真實地模擬物理世界。

有限元計算的實質(zhì)是求解線性方程組，因此高性能計算的目標(biāo)有兩個：

一個目標(biāo)是求解更大規(guī)模的模型，讓數(shù)值計算的模型更接近真實的模型，計算出更高的精度。不同算法的求解器對計算機硬件資源的需求不同，因此可求解的最大規(guī)模也不同；另一個目標(biāo)是同一規(guī)模的算例求解的時間更短，或在單位時間內(nèi)求解的次數(shù)更多，可以通過改進求解器算法或者提高計算機計算速度等方式來實現(xiàn)。

ANSYS mechanical 屬于隱式結(jié)構(gòu)有限元分析求解器，這種求解器在進行大規(guī)模問題求解時，對硬件系統(tǒng)資源，包括CPU、內(nèi)存、磁盤IO、互聯(lián)性能等要求如下：

1、CPU

CPU處理器決定計算的求解速度，主要考慮的是主頻和核數(shù)。通常而言，ANSYS mechanical軟件速度隨著 CPU 的核數(shù)和時鐘頻率（主頻）遞增。CPU主頻越高，單核的求解速度越快，多核求解進程可以縮短求解時間。在選擇硬件配置時，不應(yīng)一味追求 CPU 核心數(shù)，還需要注意CPU主頻；為了達(dá)到比較好的加速比，需要關(guān)閉超線程 Hyper-threading，開啟Turbo boost。

2、內(nèi)存

內(nèi)存決定求解規(guī)模。內(nèi)存總量越大，可求解問題規(guī)模越大。在有限元計算過程中，CPU需要與內(nèi)存間進行大量數(shù)據(jù)的存取 （I/O），內(nèi)存帶寬越寬，速度越快；所有內(nèi)存通道工作在最高速率，每塊CPU應(yīng)配備等量的內(nèi)存，每個CPU內(nèi)核配備8GB以上內(nèi)存最佳，建議內(nèi)存容量在48 Gb以上。一般來說，每百萬自由度的模型需要1-1.5G的內(nèi)存（根據(jù)算法會有所不同）。對于ANSYS mechanical建議以incore 方式求解，

大內(nèi)存對隱式結(jié)構(gòu)有限元分析求解器不僅能帶來求解更大規(guī)模的題目，如果內(nèi)存足夠大還將大大縮短求解時間，因為從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)的速度，要比從磁盤要高至少一個數(shù)量級。配置大內(nèi)存的工作站或服務(wù)器，還需要考慮內(nèi)存帶寬和每個計算內(nèi)核訪問內(nèi)存的均衡性。有時如果CPU 或內(nèi)存數(shù)量選擇不當(dāng)，可能會降低其頻率，只有將這些內(nèi)存通道全部占滿，每個通道的內(nèi)存容量均衡，而且全部達(dá)到最高內(nèi)存帶寬的大內(nèi)存系統(tǒng)才適合高性能應(yīng)用。

3、高速磁盤IO

存儲影響求解速度，需要考慮存儲的容量和速度。硬盤容量需要足夠大，用來保證求解過程中的臨時文件和永久文件的存儲。磁盤的IO性能往往也是制約求解速度的瓶頸。因此應(yīng)盡可能選用高持續(xù)讀寫速率的磁盤系統(tǒng)做工作目錄，例如高轉(zhuǎn)速的磁盤（15KRPM）、固態(tài)硬盤、基于Infiniband 的并行文件系統(tǒng)等。

4、高性能互聯(lián)

如果采用集群構(gòu)架求解DMP 算法的隱式結(jié)構(gòu)有限元問題，高性能互聯(lián)將有助于提高并行效率。采用Infiniband 互聯(lián)的并行效率比采用萬兆以太網(wǎng)大約高30%左右。

5、顯存與GPU

顯存主要影響前后處理時模型的顯示速度。顯卡性能主要對ANSYS mechanical 軟件的前后處理過程中的圖形顯示速度與效果起作用，包括復(fù)雜模型的交互操作，大規(guī)模網(wǎng)格顯示以及結(jié)果后處理生成與顯示，對計算過程沒有影響；建議采用專業(yè)級的圖形顯卡。GPU作為圖形處理器，可以參與計算，支持ANSYS mechanical的并行求解計算加速。

從以上分析可以看出，在進行隱式結(jié)構(gòu)有限元求解器的硬件配置過程中，均衡設(shè)計是最重要的基石。下圖為根據(jù)多個算例測試后，形成的如何根據(jù)計算規(guī)模來選擇各部分硬件的曲線。

一般完成一個有限元分析過程需要前處理、求解和后處理三個步驟。前處理一般在圖形工作站上完成，有限元求解可在圖形工作站、集群及SMP 服務(wù)器上進行。對于中小問題（例如1000 萬節(jié)點以內(nèi)的ANSYS mechanical問題），一般認(rèn)為在圖形工作站上就可以進行求解；

對于中大型問題（例如1000 萬節(jié)點以上的ANSYS mechanical問題），建議還是在計算性能更高的集群或SMP 服務(wù)器上進行。對于中小型問題，可以在圖形工作站上運行有限元后處理程序，讀取計算結(jié)果進行結(jié)果的分析。但對于大型問題，圖形工作站的內(nèi)存、CPU 或GPU 的處理能力，單個顯示器等都有可能成為性能的瓶頸，因此需要專業(yè)的可視化系統(tǒng)，包括應(yīng)用軟件和硬件等。