Ingenieure möchten immer so oft wie möglich groß angelegte, hochpräzise Simulationen durchführen. Wie werden Träume durch die Umstellung von On-Premises-Lösungen auf die Cloud wahr?

Lösen von Problemen mit MDO und HPC Cloud

Multidisziplinäre Designoptimierung (MDO) nutzt Optimierungsmethoden zur Problemlösung durch die gleichzeitige Einbeziehung mehrerer Designdisziplinen. Im Vergleich zu Lösungen, die durch die sequenzielle Optimierung jeder Disziplin erzielt werden, nutzt MDO MDO Methoden führen zu besseren Designs, da sie die Interaktionen zwischen den einzelnen Disziplinen ausnutzen. 

Beispielsweise wurde MDO bei modernen Flugzeugen wie dem Airbus A350 und der Boeing 787 in der Konzeptions- und Vorentwurfsphase umfassend eingesetzt. Zu den Disziplinen gehörten unter anderem Aerodynamik, Strukturanalyse, Gewicht, Antrieb, Flugsteuerung und Geräusche.

In der Vergangenheit wurden numerische Strömungsmechanik (CFD), wie z. B. die Analyse der externen Aerodynamik, meist isoliert auf lokalen Systemen und getrennt von der Strukturanalyse durchgeführt. Dies führte aufgrund der starken Kopplung zwischen aerodynamischer Form und inneren Strukturen möglicherweise zu einem suboptimalen Design. Mit der Weiterentwicklung der MDO-Methodik wird die Bedeutung der Kombination mehrerer Analysen in einer einzigen Simulation immer deutlicher. Wenn wir ein besseres Design erreichen, das die Treibstoffeffizienz um nur 1 % verbessert, können über die Lebensdauer einer Flugzeugzelle potenziell Millionen von Dollar eingespart werden – ganz zu schweigen von der COXNUMX-Reduktion.₂ Emissionen.

Es gibt jedoch einen Haken. Mit zunehmender Komplexität der MDO-Workloads steigen natürlich auch die Rechenleistungsanforderungen und die Warteschlange für HPC-Ressourcen wird länger. Aus Sicht der HPC-Administration ist die hohe Auslastung ein Zeichen für Effizienz, die den Return on Investment der On-Premise-HPC-Infrastruktur maximiert.

Aus Sicht des Ingenieurs bedeutet die Warteschlange jedoch Frustration und Verzögerung.

Und die Arbeitslasten gehen nur in eine Richtung: Der Wunsch nach höherer Wiedergabetreue impliziert komplexere Modelle, größere Netzgrößen, mehr Lastfälle usw. Für lokale Systeme mit einem Aktualisierungszyklus von drei bis fünf Jahren ist es nahezu unmöglich, mit dieser Art von Nachfrage Schritt zu halten, und die Vorhersage der HPC-Nutzung und des Kapazitätswachstums ist bekanntermaßen ein schwieriges Problem.

Und schließlich wird es noch schwieriger, wenn noch Nutzungsschwankungen hinzukommen. Selbst wenn Ihr HPC vor Ort perfekt auf die durchschnittliche Arbeitslast und den durchschnittlichen Verbrauchsbedarf ausgelegt ist, gibt es keinen durchschnittlichen Tag. An manchen Tagen gibt es Tausende von Großaufträgen, die jeweils Hunderte von Kernen beanspruchen, um die Fristen für die kritische Designprüfung (CDR) oder vorläufige Designprüfung (PDR) einzuhalten, an anderen Tagen hingegen gar keine. Diese Schwankungen führen leider entweder zu längeren Wartezeiten für die Ingenieure oder zu ungenutzten HPC-Ressourcen.

MDO mit Cloud-HPC-Infrastruktur beschleunigen 

Durch die Verlagerung der Arbeitslast in die Cloud, beispielsweise in Form von Cloud-Diensten von AWS, Azure, GCP, OCI und anderen, können viele dieser HPC-Herausforderungen gelöst werden. Darüber hinaus werden auch ein Großteil der Gemeinkosten und der Verwaltungskosten eingespart. 

Mit der Cloud können Designer und Ingenieure auf Knopfdruck auf riesige Rechenressourcen zugreifen. Die Nutzung der Cloud verändert nicht nur die Möglichkeiten etablierter Konstruktionsunternehmen, sondern ermöglicht auch aufstrebenden Unternehmen den Markteintritt. Ohne die Verzögerungen und Investitionskosten lokaler Systeme können Cloud-basierte Unternehmen schnell agieren, skalieren und wachsen.

Doch selbst wenn Sie davon überzeugt sind, dass Cloud Computing der richtige Weg ist, wie einfach ist der Wechsel? 

Vielen Ingenieuren fehlt die Zeit, sich mit den Feinheiten von HPC, Linux und Cloud Computing auseinanderzusetzen, um die optimale Konfiguration für möglichst effiziente Simulationen zu finden. Und da ständig neue Rechentechnologien auf den Markt kommen, wird die Qual des On-Premise-HPC bald durch die Qual der Wahl ersetzt.

Reduzieren Sie Infrastruktur- und Simulationskosten

Bei Rescale besteht unsere Mission darin, unseren Kunden und Partnern dabei zu helfen, Innovationen durch die Nutzung von Cloud-HPC zu beschleunigen. Die Ausführung großer MDO-Workloads, die Orchestrierung verschiedener Anwendungen für jede Disziplin sowie die Verwaltung von Rechenleistung, Speicher, Netzwerk und verwandten Ressourcen ist eine erhebliche Herausforderung. 

Organisationen, die Rescale verwenden, können reduzieren HPC-Infrastruktur und Simulationssoftwarekosten pro Simulation im Rahmen eines OPEX-Modells. Rescale bringt Cloud-Flexibilität in technische und wissenschaftliche Simulationen und ermöglicht es Ingenieuren, über die Validierung von Designs hinaus explorative Simulationen mit einem breiteren Variablensatz durchzuführen und einen größeren Designraum zu erkunden. Schließlich bietet Rescale umfassende Transparenz der Betriebskosten über den gesamten HPC-Stack hinweg, einschließlich Softwarelizenzen, Infrastrukturausgaben und Nutzung durch Einzelpersonen und Teams.

Für Ingenieure, die die Vorteile nutzen möchten MDORescale bietet einfachen Zugriff auf eine breite Palette von Cloud-Infrastrukturen, die von KI-gesteuerten Empfehlungsmaschinen unterstützt werden, sowie auf ein umfangreiches Portfolio an technischen Simulationstools, die in der Cloud bereitgestellt und optimiert werden. In der Cloud-basierten Welt ermöglicht die Ausführung von MDO-Workloads mit Rescale Ingenieuren, die Cloud-Kapazität optimal zu nutzen und so mehr Designpunkte mit höherer Genauigkeit auszuführen. 

Cloud-Dienste revolutionieren und demokratisieren den Zugang zu HPC und übernehmen MDO-Methoden in Forschung und Entwicklung. Kapitalinvestitionen stellen kein Einstiegshindernis mehr dar, und die hochentwickelten Orchestrierungsdienste von Rescale vereinfachen und verbessern das Cloud-Erlebnis kontinuierlich. 

Für alle Entwicklungsteams kann die Umstellung auf Cloud-HPC die wahre Leistungsfähigkeit von MDO freisetzen und natürlich zu verbesserten und optimalen Designs führen.