Rescale とクラウドで SPDM 戦略を最新化する


シミュレーション環境は、断片化されたソフトウェアとハ​​ードウェア、大規模なシミュレーション データ セット、複雑な実行プロセスなど、特有の課題に直面しています。 データは 10 年以上前のテクノロジーを使用して分離および管理されます。 たとえば、シミュレーション データはエンジニアリング デスクトップ上で管理されるか、よくても、命名規則に大きく依存した共有 NAS を通じて管理されます。 ファイルは電子メールまたは FTP 経由でリモート ユーザーと共有されます。 これは、シミュレーション専門家の生産性とトレーサビリティを維持する能力に悪影響を及ぼします。 ただし、最近のクラウド テクノロジの進歩により、シミュレーション プロセスおよびデータ管理 (SPDM) を最新化することが可能になりました。
概要
シミュレーション プロセス & データ管理 (SPDM) は、2000 年以来存在するテクノロジ トレンドであり、シミュレーション手法の構築、トレーサビリティの提供、自動化による生産性の向上を目的としています。 NAFEMS によれば、「SPDM で成功を収めたにもかかわらず、シミュレーション エンジニアによるシミュレーション データ管理のための情報システムの導入率は依然として 1% ~ 2% と非常に低いです。」 レガシーの主な阻害要因としては、次の XNUMX つが挙げられます。a) オープン性の欠如: 商用ソリューションは独自のものであり、標準が欠如しています。 b) 既存システムの中断: 実装には、ユーザー エクスペリエンス、IT 環境、およびシミュレーション プロセスに大きな中断が必要です。 c) 導入にかかる時間。
ソリューション
最近のクラウド テクノロジーの進歩により、IT リーダーは SPDM スタックを迅速に構築できるようになり、ベンダー ロックインを回避し、ミッション クリティカルなアプリケーションの中断を最小限に抑えることができます。 最高のクラウド SPDM アーキテクチャにより、手動統合が不要になり、クラウドベースのデータ ストアまたはデータ レイク、最新のワークフロー管理ツール、幅広い商用アプリケーションとライセンス管理のサポート、およびこれらのツールの運用を自動化するためのフルマネージド スタックが組み込まれています。統合する。 このスタックは以下のようなものを好むかもしれません:

図 1: クラウド SPDM ソリューション スタックの例

 
Rescale は、この最高のスタックの統合を支援する統合コンポーネントを提供し、シミュレーション プロセスの実行に関連する SPDM のすべての課題に対処することに重点を置いています。 ScaleX プラットフォームは、難しく、複雑で、不便な HPC エクスペリエンスを、保守が簡単で、統合が簡単で、直感的に使用できるものに変換します。 これにより、アプリケーションおよび実行環境全体でのデータ移動、プロセス オーケストレーション、ダッシュボードを自動化する抽象化レイヤーが提供されます。 これにより、エンジニアが HPC リソースを活用するための障壁が低くなり、ユーザーの努力なしですべての貴重なシミュレーション情報が取得されます。  
この記事では、クラウド SPDM のモダナイゼーションを可能にする次のテクノロジーを検討します。  

  • フルスタック シミュレーション ワークフローの定式化
  • 自動 HPC データ キャプチャ
  • グローバルに最適化されたアーキテクチャ
  • 体系的なガバナンス

1. フルスタックシミュレーションのワークフローの定式化

エンジニアリング チームはさまざまなベンダーの複数のアプリケーションやユーティリティを使用するため、ScaleX プラットフォームを使用すると、これらの異なるツールが Rescale クラウド ネットワーク内で相互に通信できるようになります (図 2 を参照)。 ユーザーは、ワークフロー全体の各ステップで可能な限り最適なハードウェアにアクセスします。 

図 2: Rescale を活用したシミュレーション ワークフロー

 
プロセス フローは、次のフレームワークを通じて ScaleX ポータル内で作成できます。 

  • 基本的なワークフロー: XNUMX つのクラスター上で実行される XNUMX つ以上のアプリケーションを使用してメソッドをキャプチャする
  • DOE ワークフロー: グリッド クラスター上で実行される、さまざまな入力パラメーターを持つ一連の独立したジョブを使用してメソッドをキャプチャします。
  • 最適化ワークフロー: グリッド クラスター上で実行される一連のジョブを処理する命令を含む、クラスター ノード上で実行される論理キューを使用してメソッドをキャプチャします。 
  • エンドツーエンドのデスクトップ: 視覚化ノードからアプリケーション GUI が実行されているアドホック分析から発行されたデータをキャプチャし、クラスター上でジョブを送信および監視します。
  • Rescale REST API: スクリプトによる追加ツール、リンク、ロジック実装を有効にします。 

 
より複雑なシミュレーション ワークフローの場合、Rescale はプロセス統合および設計最適化 (PIDO) アプリケーションの送信フレームワークと統合できます。 図 3 は、Rescale と Siemens Heeds の統合を例として示しています。 

図 3: Heeds 提出フレームワークとの統合を再スケールする

 
完全なワークフローは高性能ストレージでも実行できるため、データが複数のジョブ間で共有され、計算中のデータの移動がなくなります。 Rescale ソフトウェア デファインド ハードウェア アプローチにより、シミュレーション ワークフロー全体のハードウェアとソフトウェアの両方を含むフルスタックを最適化できます (図 4 を参照)。

図 4: Rescale ソフトウェア デファインド ハードウェア アプローチのリファレンス アーキテクチャ

 
このアプローチでは、HPC ワークロードをその基礎となるコンピューティング要件とストレージ要件に合わせて調整することで、複雑なワークフローの定義方法をレベルアップしながら、手動のスクリプト作成と依存関係に費やす時間を大幅に削減します。 たとえば、クラウド サービス プロバイダーがシミュレーション プロセスを大幅に高速化する新しいアーキテクチャをリリースした場合、新しいコア タイプを単に交換するだけで済みます。エンジニアは、結果のデータで人工知能モデルをトレーニングするための新しいステップを簡単に追加することもできます。 GPUを使用したシミュレーションプロセスから。 この推論モデルは、設計者に展開して設計を迅速に反復したり、ScaleX 内の最適化ループで使用したりできます。
図 5 に要約されているように、ScaleX のフルスタック アプローチにより、組織はシミュレーション ワークフローをアドホックから完全自動化まで成熟させることができ、その過程で適切な量のコンピューティングが確実に提供されるようになります。 アジャイルな変革により、企業はシミュレーションの価値をビジネスに解き放ち、イノベーションでプロセスを迅速に推進します。
 

図 5: ScaleX プラットフォームは、シミュレーション ワークフローを前進させるためのスピード アジリティとガバナンスを実現します。

 

2. エンドツーエンドのシミュレーショントレーサビリティのための自動 HPC データキャプチャ

HPC シミュレーションによって生成されたデータ管理の複雑さは増大し続けています。 クラウドは、これらのデータを効率的に管理し、主要な問題をさまざまな関係者に迅速に提示するための新しいアプローチを提供します。 
クラウドコントロール

ワークフローが ScaleX で定義されると、データは自動的にキャプチャされて永続的な保存場所に暗号化され、特に他のユーザーと共有しない限り、ユーザーのみが表示できます。 実行時に、データは自動的にクラスター ブロック ストレージに移動され、ワー​​クフローが完了すると、結果データは永続ストレージに移動されます。 Rescale は運用の継続性も自動化し、誤った削除やサイト障害の解決に役立ちます。 
現在、エンジニアは平均して時間の 15% をデータの検索に費やしています。 ScaleX プラットフォームでは、以前に定義されたジョブと過去のデータが検索可能 (図 6 を参照) で、共有可能です。 たとえば、ユーザーは類似の属性を持つ過去のジョブをすばやく取得できるため、分析のやり直しが不要になります。 また、部族の知識を取得し、これを企業全体で簡単に共有する方法も可能になります。
 

図 6: データはネイティブに参照され、ScaleX で検索可能

 
すべての情報は簡単に検索できるクラウド データ ストアに保存されるため、ScaleX ユーザー ポータルのユーザーまたはプロジェクト チームがジョブ ダッシュボードとジョブ オブジェクトを通じて追跡しやすくなります (図 7)。 ジョブ ID などの再スケール ジョブ パラメータは、シミュレーション ライフサイクル管理 (SLM) または PLM ソリューション内の API を介して公開することもでき、他のシミュレーション (例: 材料またはメッシュ パーツ データベース) や設計属性 (例: ジオメトリ バージョンまたは製品要件) との連続性を維持できます。
 

図 7: ジョブ ダッシュボードとジョブ ワークフローは完全なトレーサビリティを提供します

 
さらに、フルスタックのアプローチではアプリケーション フローに関する HPC 情報がキャプチャされるため、このデータは常にフルコンテキストで管理されます。 
Rescale プラットフォームは、HPC 使用から得られるデータ資産を構造化、プロファイリングし、最大限に活用し、これをユーザーに対して完全に透過的に行います。

3. コラボレーションを強化するためにグローバルに最適化されたアーキテクチャ

今日の組織はエンジニアリング センターと顧客を世界中に分散させています。 サプライチェーンは複雑さを増しています。 最新の SPDM 戦略の重要な要素は、さまざまな場所でのチームワークを促進することです。 つまり、HPC 環境ではコンピューティング リソースを各ユーザーの近くに配置し、シミュレーション データの断片化とデータ グラビティの課題をグローバルに克服する必要があります。 
Rescale の環境では、ユーザーはボタンを押すだけで同僚や外部の協力者とモデルを共有できると同時に、管理者には IP 漏洩がないという保証が提供されます。 このプラットフォームは、世界中のデータ センター (図 8 を参照) と堅牢な監視および視覚化機能を備えており、データの移動を最小限に抑え、トレーサビリティを維持しながら、データにグローバルにアクセス (地理的分散) できるように構築されています。

図 8: Rescale のグローバルな存在感

 
ScaleX Desktop は、すべての前処理ツールと後処理ツールに同時にアクセスできる強力なビジュアル エクスペリエンスを提供することで、クラウドとデスクトップ コンピューターの間でデータを転送する必要性を最小限に抑えます。 これは、ScaleX プラットフォームとシームレスに統合され、企業ネットワークとの真の相互運用性を提供するブラウザ内のリモート視覚化機能です。 GPU アクセラレーションとハイメモリ ノードを構成して、ユーザーの画面上のエクスペリエンスを向上させることができます。 また、ScaleX ユーザーには、世界中でバッチ ジョブを送信し、共同作業者に最も近いデータ センターへの出力データの転送を自動化して、視覚化の待ち時間を短縮するオプションもあります (図 9 を参照)。 Web 経由でモデルや結果に素早くアクセスできるため、設計レビュー会議やエンジニアリングに関するディスカッションもよりインタラクティブになります。
 

図 9: 低遅延のリモート視覚化のためのグローバル アーキテクチャ

ScaleX に最適化されたグローバル アーキテクチャにより、企業は協力者と対話するための HPC メソッドを定義し、新しい革新的な HPC ベースのサービスを顧客に提供できるようになりました。 モデルベースのシステムエンジニアリングまたはデジタルツインアーキテクチャを中心に企業ビジョンを実現することが効果的です。

4. 体系的なガバナンスとセキュリティ

クラウドは、ビジネス ユーザーと HPC ユーザーを、完全な可視性と制御を備えた統合ガバナンス モデルに統合します。 HPC リソースが分離されなくなり、透明なクラウド コントロールと統合されると、より広範な IT ポリシーと連携して、地理的なプラットフォーム、ビジネス ユニット、プロジェクト チーム、個人全体にわたる標準化されたコントロールを維持し、ベスト プラクティスを体系的に適用できるようになります。
ScaleX 管理者ポータルを使用すると、データ ガバナンスのポリシーと手順 (図 10 を参照) が定義され、組織のさまざまなレベルで自動的に適用されます。 その結果、企業が保持するデータの品質は世界中で容易に維持されます。

図 10: ストレージ ポリシーを定義するために管理ポータルで使用できる機能の例

 
ScaleX にオンボードされると、ユーザーは多要素認証と IP 制限ルールによってアクセスが制御された共同ワークスペースに配置されます。 データとプロジェクトは、機密性のレベルに従って、また各事業部門のガバナンス指令に関連して管理されます。 ScaleX ユーザーとワークスペースは、Microsoft Active Directory のアイデンティティにマッピングすることもできます。 ワークスペースの使用を通じて、ScaleX は拡張組織のフェデレーション環境を確立し、シミュレーション データ IP を保護しながらコラボレーションを管理します。  
図 11 に示すように、管理ポータルを通じて、IT はクラウド リソースとアプリケーションに対する企業全体の可視性も定義します。管理者は、ユーザーが実行するフルスタック ワークフローを標準化できるようになりました。 IT 部門は、ボタンをクリックするだけで、ユーザー、プロジェクト チーム、またはワークスペース全体にクラウドへのアクセス、または必要に応じて特定のソフトウェア バージョンへのアクセスを許可できます。 IT 部門は、プロジェクト チームが特定の時点でアクセスできる同時コアの数を制限し、予算を割り当てることで支出をさらに制御することもできます (図 12)。 予算は、あらゆるタイプのコスト (つまり、ハードウェア、ソフトウェア、データ転送、ストレージ、ライセンス プロキシ) を監視し、必要な制限を超えないようにすることによって機能します。

図 11: ソフトウェアとハ​​ードウェアのフィルターが、企業全体にわたるフルスタック シミュレーション手法の展開を管理します。

 

図 12: コンピューティング支出は、予算機能とコア アクセス リミッターの数によって制御されます。

 
HPC ワークロードのデータにリアルタイムでアクセスできるため、IT 管理者とエンジニアリング リーダーは、より多くの情報に基づいて意思決定を行い、効率を高めるアクションを継続的に実行できます。 使用状況ダッシュボード (図 13) には、ハードウェアとストレージの使用状況が表示されます。 たとえば、HPC 管理者は、新しく利用可能になったコア タイプからメリットを得られるユーザーやシミュレーション ワークフローをすぐに特定したり、ストレージ トレンドの先を行くことができます。 

図 13: HPC 使用状況ダッシュボード

 
結論として、オープン テクノロジー スタック、データ自動化、ガバナンスを前提とした SPDM ソリューションを構築することの重要性がわかりました。 ただし、リーダーとなり、SPDM ソリューションの展開を成功させるには、企業は何よりもまずシミュレーション手法に投資し、それが事業運営の全体の一部であることを確認する必要があります。

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