计算机仿真的摩尔定律

　　【赛迪网讯】高性能并行计算也是CAE（计算机辅助工程）的发展方向，因为它是大规模CAE应用的基石。现实中仿真应用的需求让CAE@HPC（计算机仿真）的步履不断加快。

　　原油告急，油价飞涨的今天，汽车耗油状况成为人们日益关注的问题。什么样的汽车更省油？汽车耗油的主要因素又是什么呢？风阻系数对于汽车耗油的影响较大，换句话说，也就是外形曲线比较合理的车，耗油会相对较少。

　　而在高性能计算基础上进行计算机仿真（CAE@HPC），也就是进行流体力学分析，能大大缩短车身的设计周期，也省去了大量的跑车试验。CAE需要在高性能计算的基础上进行仿真分析，CAE@HPC在国内外各大汽车制造公司都得到了成熟的应用。

　　相比之前大量的汽车运行测耗油试验，在计算机辅助分析、设计，再配合以试验，就可以设计出更省油的流线车型。

　　超越摩尔定律的飞奔

　　1991年，10-Gflops超级计算机是一种售价接近4千万美元的Cray计算机；如今，将四台x64计算机组合在一起就能达到相同的计算能力，而成本变成了约4千美元，超级计算的硬件成本降低了太多，而性能还在不断发展。

　　HPC（高性能计算）的市场前景日益被普遍看好。Yankee Group的分析师称，HPC市场以10%～15%的速度增长，IDC也认为HPC市场形势大好。

　　分析报告指出，高性能系统的年销售收入会增长6.1%，并一直持续到2007年；到2007年，高性能系统市场的收入会增长7%，达到63亿美元。

　　HPC越来越广泛应用于核武器研究和核材料储存仿真、CAE、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、GIS、天气和灾害预报、工业过程改进和环境保护等许多领域。

　　近年来，随着研究的深入和竞争的加剧，各个领域越来越多地使用模拟的方法来解决科研和生产中的实际问题。模拟的模型越来越大、计算的精度越来越高、对超级计算机性能要求也越来越高。这一增长过程是反复循环、周而复始的。

　　许多领域的HPC应用不仅规模越来越大，而且往往必须在规定的时间内完成任务，否则就失去了计算的价值。

　　作者：丁娅琳

　　随着设计校验的不断深入与复杂，CAE模拟仿真需求本身的物理模型和几何模型的复杂程度不断升级，人们在模型复杂、计算量庞大的CAE、CFD分析项目中对HPC的依赖也日益凸显。

　　譬如大气流动、潮汐运动的分析模拟、大型运载

　　CAE@HPC的新鲜“空气”

　　换句话说，CAE特点就是模型复杂、计算量庞大，这样一来CAE与HPC本身就是默契的一对。

　　现代CAE计算的发展方向主要有两个：系统级多体耦合计算和多物理场耦合计算，前者摒弃了以往只注重零部件级CAE仿真的传统，将整个对象的完整系统（如整机、整车）一次性纳入计算范畴；

　　后者在以往只注重单一物理场分析（如结构力学、流体力学）的基础上，将影响系统性能的所有物理因素一次性纳入计算范畴，考虑各物理因素综合起来对分析对象的影响。因此，高性能并行计算也是CAE的发展方向，因为它是大规模CAE应用的基石。

　　CAE@HPC在中国也是步履加快，以上海超算中心为例，它们用CAE@HPC为上海外环隧道做了抗震仿真、上海沪崇苏越江隧道施工项目的仿真模拟。而国内的航天航空事业中，CAE@HPC更是早早开始了应用。还有本文初所提及的仿真分析设计最省油的汽车外形，都是CAE@HPC的典型应用。

　　“现在越来越多的工程师不愿意在CAE仿真校验时重新建立简单模型，而是直接用设计模型做仿真分析。这使运算量增大很多。另一方面，为了更加接近对真实的世界的模拟，越来越多的非线性有限元分析被广泛采用。这也是使运算量激增的原因之一。这些原因使CAE的工程师开始尝试HPC，并在应用上越来越离不开HPC了。”大型专业CAE供应商安世亚太（Ansys-China）IT经理王华倩在刚刚结束的CAE高性能计算技术研讨会上称。

　　在美国西雅图超级计算2005大会上，ANSYS成功的在微软WCCS2003实现了CAE@ WCCS2003的演示，进行了24M自由度的汽车悬挂分析的完整演示。比尔·盖茨也破天荒地头一次出现在这个HPC业界的盛会上，着实吸引了人们好奇的目光。

　　果然，微软又在HPC领域有所动作。带来了Windows Server 2003集群版的技术细节和相关的集群工具介绍，其中包括接口、工具和管理基本套间。微软毫不讳言：HPC领域于微软来说也是一次重要的机会。微软又给CAE的高性能计算应用基础带来了新的“空气”，除了Unix、Linux之外，CAE用户们又有了

　　但是Linux和Unix早已占领HPC超过90%的市场，微软带着Windows系统进入高性能计算也是一次新的开始，尽管也充满了挑战和风险，但是对于CAE@HPC的发展来说，也不失为一次新机会。(n101)

　　作者：丁娅琳