Les environnements de simulation sont confrontés à des défis uniques : des logiciels et du matériel fragmentés, un ensemble de données de simulation volumineux et un processus d'exécution complexe. Les données sont isolées et gérées à l'aide d'une technologie vieille de plus de 10 ans. Par exemple, les données de simulation sont gérées sur le bureau d'ingénierie ou, au mieux, via un NAS partagé s'appuyant fortement sur des conventions de dénomination. Les fichiers sont partagés avec des utilisateurs distants par courrier électronique ou FTP. Cela nuit à la productivité des experts en simulation et à la capacité de maintenir la traçabilité. Cependant, les avancées récentes des technologies cloud ont permis de moderniser Processus de simulation et gestion des données (SPDM).

APERÇU
Processus de simulation et gestion des données (SPDM) est une tendance technologique qui existe depuis l’an 2000, visant à construire une méthode de simulation, à assurer la traçabilité et à augmenter la productivité grâce à l’automatisation. « Malgré les succès obtenus avec SPDM, l’adoption de systèmes d’information pour gérer les données de simulation par les ingénieurs de simulation est encore très faible, soit 1 à 2 % », selon NAFEMS. Les trois principaux obstacles hérités du passé sont les suivants : a) le manque d’ouverture : les solutions commerciales sont propriétaires et manquent de normes ; b) la perturbation des systèmes existants : la mise en œuvre nécessite des perturbations majeures de l’expérience utilisateur, de l’environnement informatique et des processus de simulation ; et c) le temps de déploiement.

SOLUTION
Grâce aux récents progrès de la technologie cloud, les responsables informatiques peuvent désormais créer rapidement leur pile SPDM, évitant ainsi la dépendance vis-à-vis d'un fournisseur et minimisant les interruptions des applications critiques. Une architecture SPDM cloud de pointe élimine l'intégration manuelle et intègre des magasins de données ou des lacs de données basés sur le cloud, des outils modernes de gestion des flux de travail, la prise en charge d'un large éventail d'applications commerciales et de gestion des licences, ainsi qu'une pile entièrement gérée pour automatiser la façon dont ces outils intégrer. Cette pile pourrait aimer ce qui suit :

Figure 1 : Exemple de pile de solutions cloud SPDM

 
Rescale offre un composant intégral pour aider à intégrer cette meilleure pile et se concentre sur la résolution de tous les défis SPDM liés à l'exécution des processus de simulation. La plateforme ScaleX transforme une expérience HPC difficile, compliquée et peu pratique en quelque chose de facile à maintenir, simple à intégrer et intuitif à utiliser. Cela fournit une couche d'abstraction qui automatise le mouvement des données, l'orchestration des processus et la création de tableaux de bord dans les environnements d'application et d'exécution. Il réduit les barrières à l'entrée pour les ingénieurs souhaitant exploiter les ressources HPC et capture toutes les précieuses informations de simulation sans effort de la part des utilisateurs.  

Dans cet article, nous explorerons les outils technologiques suivants qui rendent possible la modernisation du SPDM dans le cloud :  

• Formulation du workflow de simulation full-stack
• Capture automatique des données HPC
• Architecture globalement optimisée
• Une gouvernance systématique

1. Formulation du workflow de simulation full-stack

Étant donné que les équipes d'ingénierie utilisent plusieurs applications et utilitaires de différents fournisseurs, la plate-forme ScaleX permet à ces outils disparates d'interagir les uns avec les autres au sein du réseau cloud Rescale (voir figure 2). Les utilisateurs accèdent au meilleur matériel possible pour chaque étape de l'ensemble du flux de travail. 

Figure 2 : Redimensionner le flux de travail de simulation optimisé

 
Les flux de processus peuvent être créés dans le portail ScaleX via les frameworks suivants : 

• Workflow de base : pour capturer une méthode avec une ou plusieurs applications exécutées sur un cluster
• Workflow DOE : pour capturer une méthode avec un ensemble de tâches indépendantes avec différents paramètres d'entrée qui s'exécutent sur un cluster de grille
• Workflow d'optimisation : pour capturer une méthode avec une file d'attente logique exécutée sur un nœud de cluster avec des instructions pour traiter une tâche dans une série exécutée sur un cluster de grille 
• Bureau de bout en bout : pour capturer les données issues d'une analyse ad hoc où l'interface graphique des applications s'exécute à partir d'un nœud de visualisation, et soumettre et surveiller les tâches sur un cluster
• Rescale rest API : pour activer des outils supplémentaires, des liens et une implémentation logique via des scripts. 

 
Pour les flux de travail de simulation plus complexes, Rescale peut s'intégrer au cadre de soumission des applications PIDO (Process Integration and Design Optimization). La figure 3 illustre l'intégration entre Rescale et Siemens Heeds à titre d'exemple. 

Figure 3 : Redimensionner l'intégration avec le cadre de soumission Heeds

 
Le flux de travail complet peut également être exécuté sur un stockage hautes performances afin que les données soient partagées entre plusieurs tâches, éliminant ainsi le déplacement des données pendant le calcul. L'approche matérielle définie par logiciel Rescale permet d'optimiser l'ensemble de la pile, y compris à la fois le matériel et les logiciels de l'ensemble du flux de travail de simulation (comme illustré dans la figure 4).

Figure 4 : Architecture de référence de l'approche matérielle définie par logiciel Rescale

 
Cette approche améliore la manière dont les flux de travail complexes sont définis, en alignant les charges de travail HPC sur leurs exigences de calcul et de stockage sous-jacentes, tout en réduisant considérablement le temps consacré aux scripts manuels et aux dépendances. Par exemple, si un fournisseur de services cloud publie une nouvelle architecture qui accélère considérablement le processus de simulation, le nouveau type de cœur peut être simplement remplacé. Un ingénieur peut également facilement ajouter une nouvelle étape pour former un modèle d'intelligence artificielle sur les données obtenues. du processus de simulation à l’aide de GPU. Ce modèle d'inférence peut ensuite être déployé auprès des concepteurs pour itérer rapidement sur la conception, ou il peut être utilisé dans une boucle d'optimisation au sein de ScaleX.
Comme le résume la figure 5, l'approche full-stack de ScaleX permet aux organisations de faire évoluer leurs flux de travail de simulation de manière ponctuelle à entièrement automatisée, tout en garantissant que la bonne quantité de calcul est fournie tout au long du processus. Grâce aux transformations agiles, les entreprises libèrent de la valeur de simulation pour l’entreprise et alimentent rapidement leurs processus en innovation.
 

Figure 5 : La plate-forme ScaleX offre rapidité, agilité et gouvernance pour faire progresser les flux de travail de simulation.

 

2. Capture automatique des données HPC pour une traçabilité de simulation de bout en bout

La complexité de la gestion des données générées par les simulations HPC ne cesse de croître. Le cloud offre de nouvelles approches pour gérer efficacement ces données et faire remonter plus rapidement les problèmes clés aux différentes parties prenantes. 
CONTRÔLES NUAGE

Comme le flux de travail est défini sur ScaleX, les données sont automatiquement capturées et cryptées dans un emplacement de stockage permanent et ne sont visibles que par l'utilisateur, à moins qu'elles ne soient spécifiquement partagées avec d'autres. Au moment de l'exécution, les données sont automatiquement déplacées vers le stockage de blocs du cluster et une fois le flux de travail terminé, les données de résultat sont déplacées vers le stockage permanent. Rescale automatise également la continuité opérationnelle pour aider à résoudre les suppressions accidentelles et les pannes de sites. 
Les ingénieurs passent aujourd’hui en moyenne 15 % de leur temps à rechercher des données. Dans la plateforme ScaleX, les tâches précédemment définies et les données passées sont consultables (voir figure 6) et partageables. Un utilisateur pourrait, par exemple, récupérer rapidement une tâche antérieure avec des attributs similaires, éliminant ainsi les retouches d'analyse. Il permet également de capturer les connaissances tribales et de les partager facilement au sein de l'entreprise.
 

Figure 6 : Les données sont référencées de manière native et consultables dans ScaleX

 
Étant donné que toutes les informations sont stockées dans des magasins de données cloud facilement consultables, elles deviennent plus traçables par les utilisateurs ou les équipes de projet dans le portail utilisateur ScaleX via le tableau de bord de tâche et l'objet de tâche (Figure 7). Les paramètres de tâche de redimensionnement tels que l'ID de tâche peuvent également être exposés via l'API dans la solution Simulation Lifecycle Management (SLM) ou PLM pour maintenir la continuité avec d'autres simulations (par exemple, base de données de matériaux ou de pièces maillées) et attributs de conception (par exemple, version de géométrie ou exigences du produit).
 

Figure 7 : Le tableau de bord des tâches et le flux de travail offrent une traçabilité complète

 
De plus, les approches full-stack capturent les informations HPC sur le flux des applications afin que ces données soient toujours gérées dans leur contexte complet. 
La plate-forme Rescale structure, profile et tire pleinement parti des actifs de données issus de l'utilisation du HPC, et ce de manière totalement transparente pour les utilisateurs.

3. Architecture globalement optimisée pour une collaboration accrue

Les organisations d'aujourd'hui disposent de centres d'ingénierie et de clients répartis dans le monde entier. La complexité de la chaîne d’approvisionnement augmente. Un élément clé d’une stratégie SPDM moderne est de faciliter le travail d’équipe sur différents sites. Cela signifie que l'environnement HPC doit rapprocher les ressources de calcul de chaque utilisateur et surmonter les défis de la fragmentation des données de simulation et de la gravité des données à l'échelle mondiale. 
L'environnement de Rescale permet aux utilisateurs de partager des modèles en appuyant simplement sur un bouton avec des collègues ou des collaborateurs externes tout en offrant à l'administrateur l'assurance d'aucune fuite IP. Avec des centres de données répartis dans le monde entier (voir figure 8) et de solides capacités de surveillance et de visualisation, la plateforme est conçue pour rendre les données accessibles à l'échelle mondiale (géodistribution) tout en minimisant les mouvements de données et en maintenant la traçabilité.

Figure 8 : Présence mondiale de Rescale

 
ScaleX Desktop minimise le besoin de transférer des données entre le cloud et l'ordinateur de bureau en offrant une expérience visuelle puissante avec un accès simultané à tous les outils de pré et post-traitement. Il s'agit d'une fonctionnalité de visualisation à distance intégrée au navigateur qui s'intègre parfaitement à la plateforme ScaleX et offre une véritable interopérabilité avec les réseaux d'entreprise. Il peut être configuré avec une accélération GPU et des nœuds de mémoire élevés pour améliorer l'expérience à l'écran des utilisateurs. En outre, un utilisateur de ScaleX a la possibilité de soumettre également une tâche par lots dans le monde entier et d'automatiser le transfert des données de sortie vers le centre de données le plus proche de ses collaborateurs afin de réduire la latence de visualisation (comme le montre la figure 9). Cet accès rapide au modèle et aux résultats via le Web rend également les réunions de révision de conception et les discussions d'ingénierie beaucoup plus interactives.
 

Figure 9 : Architecture globale pour la visualisation à distance à faible latence

Grâce à l'architecture globale optimisée de ScaleX, les entreprises peuvent désormais définir des méthodes HPC pour interagir avec leurs collaborateurs et proposer de nouveaux services innovants basés sur le HPC à leurs clients. Il est efficace de concrétiser une vision d’entreprise autour de l’ingénierie système basée sur des modèles ou des architectures de jumeaux numériques.

4. Gouvernance et sécurité systématiques

Le cloud aligne les utilisateurs professionnels et HPC dans un modèle de gouvernance unifié avec une visibilité et un contrôle complets. Une fois que les ressources HPC ne sont plus isolées et intégrées à des contrôles cloud transparents, elles peuvent être alignées sur un ensemble plus large de politiques informatiques pour maintenir un contrôle standardisé sur les plates-formes géographiques, les unités commerciales, les équipes de projet et les individus, et appliquer systématiquement les meilleures pratiques.
À l'aide du portail administrateur ScaleX, les politiques et procédures de gouvernance des données (voir figure 10) sont définies et appliquées automatiquement et à différents niveaux de l'organisation. De ce fait, la qualité des données conservées par l’entreprise est facilement maintenue à l’échelle mondiale.

Figure 10 : Exemples de fonctionnalités disponibles dans le portail d'administration pour définir des politiques de stockage

 
Une fois intégrés à ScaleX, les utilisateurs sont placés dans un espace de travail collaboratif avec un accès contrôlé via une autorisation multifacteur et des règles de restriction IP. Les données et les projets sont gérés selon leur niveau de sensibilité et en lien avec les directives de gouvernance de chaque business unit. Les utilisateurs et espaces de travail ScaleX peuvent également être mappés à leurs identités dans Microsoft Active Directory. Grâce à l'utilisation de l'espace de travail, ScaleX établit un environnement fédéré pour l'organisation étendue et régit la collaboration tout en protégeant la propriété intellectuelle des données de simulation.  
Grâce au portail administratif, le service informatique définit également la visibilité dans l'ensemble de l'entreprise sur les ressources et les applications cloud, comme illustré dans la figure 11. Les administrateurs peuvent désormais standardiser le flux de travail complet exécuté par les utilisateurs. Le service informatique peut accorder à un utilisateur, à une équipe de projet ou à l'accès complet à l'espace de travail au cloud, ou à une version spécifique du logiciel selon les besoins, d'un simple clic sur un bouton. Le service informatique peut également contrôler davantage les dépenses en limitant le nombre de cœurs simultanés auxquels une équipe de projet peut accéder à un moment donné, et également attribuer des budgets (Figure 12). Les budgets fonctionnent en surveillant tous les types de coûts (c'est-à-dire le matériel, les logiciels, le transfert de données, le stockage, le proxy de licence) et en garantissant que les limites souhaitées ne sont pas dépassées.

figure 11 : Les filtres logiciels et matériels régissent le déploiement de la méthode de simulation full stack dans l'entreprise

 

Figure 12 : Les dépenses de calcul sont contrôlées via les fonctionnalités budgétaires et le nombre de limiteurs d'accès principaux.

 
Grâce à l'accès aux données des charges de travail HPC en temps réel, les administrateurs informatiques et les responsables de l'ingénierie peuvent prendre des décisions plus éclairées et prendre en permanence des mesures qui améliorent l'efficacité. Le tableau de bord d'utilisation (Figure 13) présente l'utilisation du matériel et du stockage. Par exemple, un administrateur HPC peut rapidement identifier les utilisateurs ou les workflows de simulation qui pourraient bénéficier d'un nouveau type de cœur disponible, ou garder une longueur d'avance sur toute tendance en matière de stockage. 

Figure 13 : Tableau de bord d'utilisation du HPC

 
Pour conclure, nous avons vu l’importance de construire une Solution SPDM sur les prémisses de la pile technologique ouverte, de l'automatisation des données et de la gouvernance. Cependant, pour être leader et déployer avec succès une solution SPDM, les entreprises doivent avant tout investir dans leurs méthodes de simulation et s'assurer qu'elles font partie intégrante de leurs opérations commerciales.