Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом. Пожалуйста обновите браузер чтобы улучшить взаимодействие с сайтом.

Сервер для CFD-расчетов: как выбрать конфигурацию под инженерные задачи

23 октября 2026
1
0 комментариев

CFD используют для численного моделирования движения жидкостей и газов, в том числе при исследовании аэродинамики и теплообмена. Крупные и сложные модели могут требовать больше оперативной памяти и вычислительных ресурсов, чем доступно рабочей станции. В таких случаях возникает задача подобрать сервер с учетом особенностей программы и вычислительной нагрузки.

Разберем, какие характеристики оборудования влияют на выполнение расчетов, как выбрать процессор, память и накопители. Выясним, когда нужны графические ускорители или несколько объединенных серверов, и рассмотрим примеры конфигураций для разных инженерных задач.

Когда для CFD-расчетов нужен сервер

В инженерных проектах CFD используют как для проверки отдельных конструкций, так и для регулярного моделирования в конструкторских и исследовательских отделах. В зависимости от объема и характера работы требования к вычислительным ресурсам различаются. Разберемся, для каких задач применяют CFD и когда инженерам стоит рассмотреть отдельный сервер вместо рабочей станции.

Какие задачи решает CFD-моделирование

С помощью CFD инженеры могут проверить поведение потоков внутри конструкции или вокруг нее еще до изготовления опытного образца. Например, сравнить несколько вариантов формы корпуса, оценить распределение давления в трубопроводе или проверить работу системы охлаждения.

Такие вычисления используют в разных отраслях:

  • Авиация и автомобилестроение. Исследуют обтекание крыльев, кузовов и других элементов конструкции. Результаты помогают оценить аэродинамическое сопротивление и сравнить варианты формы.
  • Машиностроение и энергетика. Изучают движение жидкостей и газов в насосах, турбинах, трубопроводах и теплообменниках. Например, определяют участки с повышенными потерями давления.
  • Строительство и вентиляция. Проверяют, как воздух распределяется по помещениям, где возникают зоны слабого воздухообмена и как меняется температура при разных схемах вентиляции.
  • Охлаждение электроники. Исследуют движение воздуха внутри корпусов и распределение температуры между компонентами. Это помогает оценить разные варианты размещения вентиляторов и охлаждающих элементов.

Моделирование позволяет сравнить несколько инженерных решений еще на этапе проектирования. При этом объем вычислительной работы может существенно различаться даже для задач из одной отрасли. Поэтому для одних проектов достаточно рабочей станции, а для других требуются отдельные вычислительные мощности.

Когда рабочей станции недостаточно

Для отдельных инженерных задач вполне подходит производительная рабочая станция. Специалист готовит модель, запускает вычисления и анализирует результаты на своем компьютере. Если программа работает стабильно, а продолжительность выполнения заданий устраивает, покупать выделенный сервер необязательно.

Рассмотреть переход на сервер стоит в нескольких ситуациях.

Не хватает ресурсов для выполнения задачи. Рабочая станция может столкнуться с нехваткой оперативной памяти при обработке крупной модели. В результате программа не сможет завершить вычисления. Сначала стоит проверить, можно ли расширить память существующего компьютера. Если возможности модернизации исчерпаны, потребуется другая вычислительная система.

Длительные расчеты мешают работе инженера. Например, специалист проверяет несколько вариантов конструкции. Каждое задание занимает рабочую станцию, пока продолжаются вычисления. Выделенный сервер позволяет перенести основную нагрузку на отдельную машину. Инженер при этом может готовить следующие задачи на своем компьютере.

Несколько сотрудников используют общие вычислительные ресурсы. Если отдел регулярно выполняет моделирование, отдельный сервер можно организовать как общую систему для запуска заданий. Это позволяет централизовать вычисления и распределять доступные мощности между специалистами. Возможность одновременной работы зависит от ресурсов оборудования и условий лицензирования программ.

При этом сервер сам по себе не гарантирует сокращения времени вычислений. Производительная рабочая станция может справляться с отдельной задачей лучше, чем сервер с неподходящей конфигурацией.

Перед закупкой полезно проверить, какие задания вызывают затруднения, сколько времени занимает их выполнение и как часто инженеры сталкиваются с нехваткой ресурсов. Такие данные помогут определить, достаточно ли модернизировать рабочую станцию или для проектов требуется отдельный сервер.

Подробнее о различиях вычислительных задач и требований к оборудованию читайте в статье CRABBIT о серверов для САПР и инженерных расчетов.

Что влияет на требования к оборудованию

При выборе сервера для CFD нужно учитывать особенности самой задачи. Две модели с одинаковым количеством элементов могут существенно различаться по сложности. На нагрузку влияют расчетная сетка, физические процессы, режим моделирования и возможности используемой программы. Разберем, почему каждый из этих параметров важен.

Размер расчетной сетки и сложность модели

Перед началом вычислений инженер разделяет исследуемую область на множество небольших ячеек. Вместе они образуют расчетную сетку. Программа использует ее, чтобы определить распределение скорости, давления, температуры и других физических величин.

Количество ячеек зависит от геометрии объекта и необходимой точности. Например, возле стенок и в местах, где скорость потока резко меняется, может потребоваться более подробная сетка.

При увеличении числа ячеек программа обычно расходует больше оперативной памяти. Продолжительность вычислений тоже может вырасти. Однако на результат влияет и качество сетки. Сильно искаженные элементы способны ухудшать точность и устойчивость численного решения.

Помимо детализации, нужно учитывать физические процессы, которые исследует инженер:

  • Турбулентность. Для описания сложного вихревого движения жидкости или газа применяют специальные математические модели. Некоторые из них требуют решения дополнительных уравнений.
  • Теплообмен. Программа рассчитывает перенос тепловой энергии вместе с движением потока.
  • Многофазные течения. Если в задаче присутствуют несколько фаз, например вода и воздух, программа учитывает их распределение и взаимодействие.
  • Химические реакции. При моделировании горения могут потребоваться дополнительные вычисления, связанные с составом смеси и протеканием реакций.

Поэтому оценивать нагрузку только по размеру сетки недостаточно. Имеют значение выбранные физические модели, численные методы и требования к точности результата.

Стационарные и нестационарные расчеты

В CFD применяют два основных режима моделирования. Выбор зависит от того, нужно ли исследовать изменение потока во времени.

Стационарный расчет описывает установившийся режим. Например, инженер изучает движение воздуха при постоянных условиях работы вентиляционной системы. Программа последовательно уточняет решение до выполнения заданных условий сходимости.

Сходимость означает, что численное решение удовлетворяет установленным критериям. Для проверки используют невязки уравнений, которые показывают, насколько точно выполняются расчетные соотношения, а также контролируют интересующие физические величины.

Нестационарный расчет нужен, когда важно проследить изменение процесса во времени. Например, определить, как распределяется воздух после включения вентилятора.

Программа делит исследуемый промежуток на временные шаги и последовательно определяет состояние потока. Чем больше таких шагов требуется выполнить, тем больше вычислительной работы может понадобиться. Продолжительность также зависит от числа повторных вычислений внутри каждого шага.

Нестационарное моделирование нередко занимает больше времени, поскольку программа рассчитывает развитие процесса. Но сравнивать ресурсоемкость двух режимов можно только с учетом конкретной задачи и выбранного метода.

Особенности Ansys Fluent, OpenFOAM и других программ

На требования к оборудованию влияет и программное обеспечение. Разработчики используют разные способы решения уравнений, а пользователи выбирают методы в зависимости от физических процессов.

Ansys Fluent позволяет моделировать движение жидкостей и газов, теплообмен, турбулентность и другие процессы. Пользователь задает физическую модель и параметры численного решения. Их сочетание влияет на сложность вычислений.

Ansys CFX также применяют для моделирования потоков и теплообмена. Программа использует собственные алгоритмы решения уравнений. Поэтому результаты измерения производительности Fluent нельзя автоматически переносить на CFX.

OpenFOAM включает набор специализированных расчетных программ, которые называют решателями. Каждый предназначен для определенного класса задач. Например, для установившихся и нестационарных течений предусмотрены разные решатели. Их назначение перечислено в официальном руководстве OpenFOAM.

При выборе сервера нужно знать точную версию программы, используемый решатель и особенности расчетной задачи. Если моделирование уже выполняли на другом компьютере, полезно изучить результаты предыдущих запусков: продолжительность работы, потребление памяти и количество задействованных процессорных ядер.

Такие сведения дают более надежную основу для подбора оборудования, чем общие рекомендации по CFD. Далее рассмотрим, как количество ядер, тактовая частота и архитектура процессора влияют на выполнение инженерных расчетов.

Иконка вопроса
Иконка вопроса
Важно!

Производительность CFD зависит от программы, метода расчета, размера сетки и особенностей вычислительного оборудования. Перед закупкой желательно провести испытания с реальной моделью.

Как выбрать процессор для CFD-расчетов

Процессор во многом определяет скорость инженерных вычислений. Однако выбирать его только по количеству ядер или тактовой частоте неправильно. Одни задачи эффективно используют большое число ядер, другие быстрее выполняются на процессорах с высокой производительностью каждого ядра. Разберем, какие характеристики учитывать и чем различаются серверные платформы AMD и Intel.

Количество ядер и тактовая частота: что учитывать

Ansys Fluent и OpenFOAM поддерживают параллельные вычисления. Программа распределяет части расчетной области между вычислительными процессами, которые могут работать на разных ядрах. Благодаря этому сервер способен обрабатывать несколько частей задачи одновременно.

Но увеличение числа ядер не всегда дает ожидаемое ускорение. Вычислительные процессы обмениваются промежуточными результатами и согласовывают свою работу. При слишком большом их количестве затраты времени на такой обмен могут свести на нет пользу от дополнительных ядер.

Например, небольшая модель может выполняться почти с одинаковой скоростью на 32 и 64 ядрах. Это возможный сценарий, а не универсальная закономерность. Результат зависит от программы, размера задачи и способа распределения вычислений.

Поэтому при выборе процессора нужно учитывать несколько характеристик.

Количество физических ядер. Показывает, сколько отдельных вычислительных ядер доступно программе. Процессор с большим их числом стоит рассматривать для крупных задач, которые хорошо распределяются между ядрами, или для одновременного выполнения нескольких заданий.

Важно отличать физические ядра от логических потоков. Некоторые процессоры позволяют одному ядру выполнять два потока команд. Эта возможность помогает использовать вычислительные ресурсы, но два логических потока не обеспечивают производительность двух отдельных ядер.

Тактовая частота. Показывает количество рабочих тактов процессора за секунду. Измеряется в гигагерцах (ГГц). Высокая частота может быть полезна, когда часть вычислений выполняется последовательно или программа плохо использует дополнительные ядра.

При этом частота не позволяет напрямую сравнивать процессоры разных архитектур. За один такт они могут выполнять разное количество операций. Кроме того, максимальная частота из спецификации обычно достигается при определенных условиях. Если одновременно работают все ядра, фактическая частота может быть ниже.

Кеш-память. Это небольшая высокоскоростная память внутри процессора. Она хранит данные, к которым ядра часто обращаются во время работы. Если нужная информация находится в кеше, процессору не приходится каждый раз получать ее из оперативной памяти.

Объем кеша может влиять на производительность CFD, но его увеличение само по себе не гарантирует ускорения. Имеют значение организация кеша и характер обращений к данным.

Пропускная способность памяти. Определяет, сколько данных процессор может получить из оперативной памяти за единицу времени. Если вычислительные ядра вынуждены ждать поступления информации, дополнительные ядра могут не дать заметного прироста скорости.

Подробно требования к объему и скорости оперативной памяти рассмотрим в следующей главе.

При выборе процессора полезно ориентироваться на результаты испытаний с похожими расчетными задачами. Если модель уже запускается в Ansys Fluent, можно сравнить время выполнения одинакового числа итераций при разном количестве задействованных ядер. Итерация — это один цикл уточнения численного решения.

Такой подход помогает оценить, сколько вычислительных ресурсов программа действительно использует эффективно. Ansys предусматривает для этого встроенные средства измерения времени вычислений и обмена данными.

Один или два процессора в сервере

Современные серверные платформы позволяют устанавливать один или два центральных процессора. При этом количество процессоров и общее число ядер — разные характеристики. Один CPU может содержать десятки или даже более сотни ядер в зависимости от модели.

Однопроцессорный сервер стоит рассмотреть, если вычислительных ресурсов одного CPU достаточно для запланированных задач. Такая конфигурация может обеспечить необходимую производительность без затрат на второй процессор.

Например, инженерному отделу требуется регулярно выполнять одну крупную расчетную задачу. Если выбранный процессор обеспечивает приемлемое время выполнения и поддерживает необходимый объем памяти, устанавливать второй CPU необязательно.

Двухпроцессорный сервер позволяет увеличить суммарное количество ядер и доступные ресурсы системы. Это может быть полезно, если программа эффективно распределяет крупную задачу между процессорами либо несколько сотрудников одновременно запускают независимые вычисления.

Однако при установке двух CPU появляется дополнительная особенность. Каждый процессор имеет собственные подключения к оперативной памяти. Если вычислительному ядру потребуются данные из памяти другого процессора, доступ к ним может занимать больше времени.

Такую организацию называют NUMA — архитектурой с неодинаковым временем доступа к памяти. Ее особенности описаны в документации Intel.

Это важно учитывать при настройке вычислительных процессов. Если программа часто обращается к данным другого процессора, часть преимуществ двухпроцессорной системы может теряться.

Поэтому второй CPU стоит добавлять при подтвержденной потребности в дополнительных ресурсах. Для одной расчетной задачи полезно сравнить время ее выполнения на одном и двух процессорах. Если отдел запускает несколько независимых заданий, нужно также оценить их общую производительность при одновременной работе.

AMD EPYC и Intel Xeon: критерии сравнения

Для серверов инженерных вычислений применяют процессоры AMD EPYC и Intel Xeon. Обе линейки включают модели с разным количеством ядер, частотами и возможностями работы с памятью.

Выбор зависит от конкретного поколения и характеристик CPU. Рассмотрим особенности актуальных семейств.

AMD EPYC

В линейке AMD EPYC 9005 представлены процессоры с разным соотношением количества ядер и тактовой частоты.

Например, AMD EPYC 9355 содержит 32 ядра с базовой частотой 3,55 ГГц, а EPYC 9965 — 192 ядра с базовой частотой 2,25 ГГц. Первый вариант имеет меньше ядер и более высокую базовую частоту. Второй предоставляет значительно больше возможностей для одновременной обработки вычислительных процессов.

Эти характеристики подтверждены официальными спецификациями AMD EPYC 9355 и AMD EPYC 9965.

Разница в количестве ядер еще не показывает, какая модель быстрее справится с конкретным CFD-расчетом. Для этого нужно учитывать архитектуру, работу с памятью и эффективность параллельных вычислений.

Intel Xeon

В семействе Intel Xeon 6 применяются два типа процессорных ядер:

  • P-core (производительные ядра). Предназначены для задач, которым требуется высокая производительность отдельных ядер. Intel относит к таким нагрузкам в том числе научные и инженерные вычисления.
  • E-core (энергоэффективные ядра). Рассчитаны на высокую плотность вычислений и большое количество независимых задач. Их преимущество зависит от характера нагрузки и требований к энергопотреблению.

Для ресурсоемкого CFD-моделирования в первую очередь стоит оценивать Xeon 6 с P-core. Однако окончательный выбор требует проверки используемой программы и результатов испытаний. Особенности архитектур приведены в документации Intel Xeon 6.

Еще один параметр при сравнении AMD и Intel — поддержка специальных процессорных команд для математических вычислений. 

Например, AMD EPYC 9005 и Intel Xeon 6 с P-core поддерживают AVX-512. Эти команды позволяют обрабатывать несколько чисел за одну операцию. Польза зависит от того, использует ли их конкретная версия расчетной программы.

Поэтому при сравнении процессоров важно учитывать производительность в используемом программном обеспечении, количество физических ядер, рабочие частоты и особенности архитектуры.

Универсального преимущества AMD EPYC или Intel Xeon для всех CFD-задач нет. На практике полезнее сравнить несколько подходящих CPU на одной расчетной модели с одинаковыми настройками и оценить время выполнения.

Так можно выбрать конфигурацию с необходимой производительностью и избежать затрат на процессорные ресурсы, которые программа не сможет эффективно использовать.

Цитата
Цитата
При выборе процессора полезно ориентироваться на результаты испытаний с похожими расчетными задачами.
— Редакция CRABBIT

Сколько оперативной памяти потребуется

Во время CFD-расчетов программа хранит в оперативной памяти данные, необходимые для решения уравнений. Если свободного объема недостаточно, вычисления могут существенно замедлиться или завершиться с ошибкой. При подборе сервера важно определить, сколько ОЗУ требуется для рабочих задач и с какой скоростью процессор должен получать данные.

От чего зависит потребление памяти

Количество ячеек расчетной сетки служит одним из ориентиров, но определить по нему точный объем ОЗУ нельзя. Например, две модели с одинаковым числом элементов могут использовать разное количество памяти из-за особенностей численного решения.

На потребление влияют следующие параметры:

  • Размер и тип расчетной сетки. Программа хранит сведения о ячейках, их границах и взаимном расположении. Разные типы сеток могут требовать различного объема служебных данных.
  • Количество физических величин. Для каждой дополнительной переменной, например температуры или концентрации вещества, программе может потребоваться память под значения и промежуточные результаты.
  • Способ решения уравнений. Некоторые численные методы создают дополнительные массивы и вспомогательные структуры. Их размер зависит от выбранного решателя и параметров вычислений.
  • Точность представления чисел. В расчетных программах применяют одинарную и двойную точность. При двойной точности для хранения одного числа с плавающей запятой требуется больше места. Влияние на общий расход памяти зависит от того, какие данные программа хранит в выбранном формате.
  • Количество вычислительных процессов. При параллельной работе отдельным процессам нужны служебные данные и информация для обмена между частями задачи. Это может увеличить суммарные затраты памяти.

При этом потребление ОЗУ меняется в ходе вычислений. Например, на этапе решения уравнений программа может создавать дополнительные данные, которые отсутствовали при первоначальной загрузке модели.

Поэтому для оценки важно знать максимальный объем памяти, который требуется программе в процессе работы. Ориентироваться только на размер исходного файла или количество ячеек недостаточно.

Как определить необходимый объем для расчетной модели

Точнее всего потребность в ОЗУ можно оценить по результатам выполнения реальной задачи. Для этого подойдет расчет, который инженерный отдел запускает регулярно, либо наиболее ресурсоемкая модель из запланированных проектов.

Проверку удобно провести в несколько этапов.

1. Выберите характерную задачу. Зафиксируйте используемую программу, версию, размер сетки, физические модели и настройки вычислений. Эти сведения понадобятся, чтобы в дальнейшем сравнивать результаты.

2. Запустите вычисления на доступном оборудовании. По возможности выполните полный расчет. Потребление памяти может меняться на разных этапах, поэтому измерения только в момент запуска недостаточно.

3. Проверьте максимальное использование ОЗУ. В Ansys Fluent для этого предусмотрены средства просмотра сведений о работе системы. Программа показывает текущее и пиковое потребление памяти вычислительными процессами.

При анализе важно различать виртуальную память и физическую оперативную память. Виртуальная память показывает адресное пространство, используемое процессом, а показатель физической памяти помогает определить, сколько данных находится непосредственно в ОЗУ. Для оценки нагрузки всего сервера также нужно проверить системные показатели.

4. Учтите дополнительные задачи. Если несколько инженеров будут одновременно запускать моделирование, оцените общую нагрузку на систему. Для такой проверки полезно измерить потребление памяти при совместном выполнении типовых заданий.

5. Предусмотрите запас для работы сервера. Операционной системе и вспомогательным службам тоже требуется ОЗУ. Дополнительная емкость понадобится при увеличении сложности моделей или числа одновременно выполняемых заданий.

Например, если компания планирует перейти к более подробным расчетным сеткам, сервер следует выбирать с учетом будущей потребности. Но заранее назначать универсальный процент запаса без оценки характера нагрузки не стоит.

Если выполнить полный расчет пока невозможно, можно проверить уменьшенную модель с теми же физическими настройками. Полученные результаты дадут предварительный ориентир. При этом увеличение сетки не всегда приводит к пропорциональному росту потребления ОЗУ.

Важно! Для окончательного подбора сервера желательно иметь результаты измерения реальной нагрузки. Если таких данных нет, оценка по расчетной сетке и характеристикам программы будет предварительной. Ее нужно уточнить перед закупкой оборудования.

Почему важны пропускная способность и каналы памяти

При CFD-моделировании процессор постоянно обращается к данным, которые хранятся в ОЗУ. Если информация поступает недостаточно быстро, вычислительные ядра вынуждены ждать. Поэтому для производительности важен и объем памяти, и скорость обмена с ней.

Количество данных, которое система способна передать за единицу времени, называют пропускной способностью памяти. Обычно ее измеряют в гигабайтах в секунду.

На скорость обмена влияют характеристики модулей и количество задействованных каналов. Канал памяти представляет собой отдельный путь передачи данных между процессором и ОЗУ. Несколько каналов позволяют обслуживать больше обращений одновременно.

Например, процессоры AMD EPYC 9005 поддерживают 12 каналов DDR5 на каждый CPU. У Intel Xeon 6 возможности зависят от конкретной серии и модели процессора.

Однако количество поддерживаемых каналов еще не показывает, как будет работать установленная память. Если часть каналов остается незадействованной, доступная пропускная способность может быть ниже возможностей процессора.

При составлении конфигурации нужно проверить несколько параметров.

Тип памяти. Для серверных платформ применяют модули с поддержкой коррекции ошибок ECC. Например, AMD EPYC 9005 работают с DDR5 RDIMM. При этом допустимый тип, емкость и сочетание модулей нужно сверять со спецификацией конкретного сервера.

Количество модулей. Оно влияет на число задействованных каналов и общий объем ОЗУ. Например, установка одного модуля в каждый поддерживаемый канал может позволить использовать все каналы памяти процессора, если такая схема предусмотрена производителем.

Расположение модулей. Производители серверов устанавливают порядок заполнения разъемов. При двух процессорах важно правильно распределить память между ними. Несбалансированная установка способна снизить доступную пропускную способность.

Скорость передачи данных. Модули DDR5 различаются по поддерживаемым скоростям. Однако фактический режим работы определяется процессором, системной платой, характеристиками модулей и схемой их установки.

Возможность расширения. Перед закупкой стоит проверить, сколько разъемов останется свободными и какие модули можно будет добавить. Увеличение емкости в дальнейшем может потребовать изменения схемы установки или повлиять на рабочую скорость.

В руководстве AMD EPYC 9005 по установке памяти производитель рекомендует использовать сбалансированные конфигурации. AMD также приводит разные схемы заполнения каналов для отдельных видов нагрузки, включая высокопроизводительные вычисления.

При этом заполнять все разъемы на системной плате необязательно. Например, если платформа допускает установку двух модулей на канал, для задействования всех каналов может быть достаточно одного модуля в каждом. Конкретную схему необходимо проверить по документации сервера.

В результате конфигурации с одинаковым объемом ОЗУ могут различаться по производительности. Поэтому при выборе памяти нужно определить необходимую емкость, проверить совместимость модулей и подобрать схему установки, которая обеспечит подходящую скорость обмена данными.

Нужна ли видеокарта для CFD-расчетов

Графические процессоры способны одновременно выполнять множество математических операций. При CFD-моделировании такая возможность может ускорить обработку крупных расчетных задач. Однако результат зависит от программы, выбранного метода и характеристик оборудования.

Важно различать два назначения видеокарты. Для отображения трехмерной модели и результатов подойдет графический адаптер, отвечающий требованиям программы. Для выполнения самих вычислений необходим ускоритель, который поддерживает выбранный решатель. Разберем, в каких случаях его стоит использовать и что проверить перед закупкой.

Какие программы поддерживают вычисления на GPU

Поддержка графических ускорителей зависит от конкретного программного обеспечения. Даже если разработчик предусмотрел вычисления на GPU, отдельные физические модели и методы могут работать только на центральном процессоре.

Ansys Fluent

В Ansys Fluent 2026 R1 предусмотрен отдельный решатель Native GPU Solver. Он выполняет основные вычисления на графических процессорах и позволяет использовать один или несколько ускорителей.

Поддерживаются различные задачи, включая моделирование турбулентных течений, теплообмена и отдельных процессов с химическими реакциями. Однако возможности GPU Solver отличаются от обычного решателя Fluent, который использует центральные процессоры.

Например, для вычислений на GPU поддерживаются только трехмерные расчетные области. Некоторые физические модели и настройки также недоступны.

При выборе оборудования необходимо дополнительно проверить поддержку конкретных моделей NVIDIA или AMD, требования к драйверам и программной среде. Соответствующие сведения приведены в руководстве Ansys по совместимым GPU.

Simcenter STAR-CCM+

Программа Siemens Simcenter STAR-CCM+ также поддерживает выполнение инженерных вычислений на графических процессорах.

В версии 2602 разработчик расширил возможности GPU для многофазных течений. Например, можно рассчитывать процессы, в которых взаимодействуют воздух и вода, с использованием поддерживаемых моделей Volume of Fluid и Mixture Multiphase.

Siemens также сообщает об улучшении распределения нагрузки между несколькими ускорителями. Для крупных задач это может сократить продолжительность вычислений, но результат зависит от размера модели и особенностей обмена данными.

Подробности представлены в официальном обзоре Simcenter STAR-CCM+ 2602.

OpenFOAM

В OpenFOAM ситуация отличается. Возможность использовать GPU зависит от версии, сборки программы и выбранного решателя.

В выпуске OpenFOAM v2606 разработчики представили начальную реализацию переноса части операций на графические ускорители. Однако на момент выпуска работа продолжалась в отдельной ветке разработки. Для ее использования требовалась специальная сборка программы.

Поэтому перед покупкой GPU-сервера для OpenFOAM нужно проверить, поддерживает ли ускорение конкретный решатель и доступна ли подходящая программная реализация.

Для других программ действует тот же принцип. Сначала нужно определить используемый решатель и проверить его возможности. Если он выполняет расчеты только на CPU, графический ускоритель не поможет сократить время решения уравнений.

Как выбрать графический ускоритель и объем видеопамяти

После проверки совместимости можно переходить к характеристикам оборудования. Для CFD важны объем видеопамяти, скорость обмена данными и производительность математических операций.

Объем видеопамяти

Графический процессор использует собственную память для хранения расчетных данных. В ней могут размещаться сведения о сетке, значения физических величин и промежуточные результаты решения уравнений.

Потребление зависит от размера модели, используемых методов и точности вычислений. Если доступного объема недостаточно, программа может завершить работу с ошибкой. Конкретное поведение определяется решателем.

Например, Ansys Fluent 2026 R1 приводит следующий ориентир: для турбулентного течения с сеткой из миллиона шестигранных ячеек при одинарной точности требуется около 1 ГБ видеопамяти. При переходе на двойную точность потребление в приведенном сценарии увеличивается примерно на 50%.

Эти значения относятся к указанным условиям. При использовании других типов сеток, физических моделей и настроек расход будет отличаться.

Чтобы определить необходимый объем, полезно выполнить пробный расчет. В Ansys Fluent команда /report/system/sys-stats позволяет посмотреть текущее и максимальное потребление видеопамяти.

Производительность математических операций

При сравнении ускорителей важно учитывать, с какой точностью они обрабатывают числа. В вычислительных программах используют два распространенных формата:

  • FP32 — одинарная точность. Для хранения одного числа используется 32 бита. Такой формат занимает меньше памяти.
  • FP64 — двойная точность. Для хранения числа используется 64 бита. Он обеспечивает более высокую численную точность представления данных.

Выбор зависит от требований расчетного метода и возможностей программы. При этом производительность FP32 и FP64 у разных ускорителей может существенно различаться.

Например, графическая карта с высокой скоростью обработки FP32 необязательно покажет такой же результат при вычислениях с двойной точностью.

Поэтому в спецификации GPU нужно проверять производительность для формата, который использует выбранный решатель. Сравнение общей вычислительной мощности без учета точности может привести к неправильному выбору.

Пропускная способность видеопамяти

Во время моделирования GPU многократно обращается к большим массивам данных. Скорость передачи информации между памятью и вычислительными блоками влияет на производительность ускорителя.

Пропускная способность показывает, сколько данных видеопамять способна передать за секунду. Обычно показатель измеряют в гигабайтах или терабайтах в секунду.

Для расчетов, которые часто обращаются к памяти, высокая пропускная способность может оказаться особенно важной. Но ее влияние зависит от конкретных вычислительных операций.

Количество графических ускорителей

Некоторые программы позволяют использовать несколько GPU для одного расчета. Например, Ansys Fluent поддерживает работу с несколькими графическими процессорами.

При этом программа распределяет задачу между ускорителями и организует обмен необходимыми данными. Если на передачу информации уходит много времени, дополнительная видеокарта может дать меньший прирост производительности, чем ожидается.

Есть и ограничение по памяти. При установке двух GPU с 48 ГБ видеопамяти каждый нельзя автоматически считать, что программе доступен единый объем 96 ГБ. Распределение данных зависит от решателя и способа выполнения вычислений.

Поэтому количество ускорителей следует выбирать с учетом размеров задач, организации памяти и результатов испытаний на нескольких GPU.

Какие ограничения нужно учитывать

Перед закупкой GPU-сервера необходимо проверить условия, при которых выбранная программа сможет использовать графические ускорители.

Поддержка физических моделей. Даже при наличии GPU-решателя некоторые методы могут оставаться недоступными. Например, в Ansys Fluent 2026 R1 отдельные настройки и физические модели имеют ограничения при вычислениях на графических процессорах.

Совместимость программной среды. Для работы ускорителя могут потребоваться определенные версии драйверов, операционной системы и программных средств CUDA или ROCm. Эти средства обеспечивают взаимодействие расчетной программы с графическими процессорами NVIDIA и AMD соответственно.

Совместимость нужно проверять по документации конкретной версии программы и выбранной модели GPU.

Условия лицензирования. Возможность использовать графические ускорители может зависеть от лицензии. Например, Native GPU Solver в Ansys Fluent 2026 R1 доступен на уровнях CFD Enterprise и CFD HPC Ultimate. Для отдельных вариантов использования могут действовать дополнительные условия по вычислительным ресурсам.

Перед закупкой следует уточнить действующую лицензию и возможность запуска нужного количества ускорителей.

Операции на центральном процессоре. Даже если основные вычисления выполняет GPU, серверу необходим CPU. В зависимости от программы он может отвечать за подготовку расчетной задачи, управление вычислениями и обработку результатов.

Поэтому при подборе оборудования нужно учитывать совместную работу центрального и графического процессоров.

Требования к серверной платформе. Установка GPU зависит от конструкции сервера. Нужно проверить, поддерживает ли выбранная модель необходимые ускорители, достаточно ли разъемов расширения, мощности блоков питания и возможностей охлаждения.

Для нескольких графических процессоров дополнительно проверяют допустимые сочетания компонентов и способы обмена данными.

Наконец, стоит оценить реальную пользу GPU. Для этого можно запустить характерную задачу на центральном и графическом процессорах, если программа поддерживает оба режима. Сравнение проводят при сопоставимых расчетных настройках и с проверкой корректности результатов.

Такой подход поможет определить, оправдана ли покупка ускорителя для используемых инженерных задач и какая конфигурация обеспечит необходимую производительность.

Особенности оборудования с несколькими ускорителями также рассмотрены в материале CRABBIT о серверах с несколькими графическими ускорителями. При этом требования ИИ-программ и CFD-приложений различаются.

Какие накопители нужны для CFD

Во время инженерных расчетов сервер загружает исходные данные, сохраняет промежуточные состояния и записывает результаты моделирования. Если программа часто обращается к файлам, скорость накопителей может влиять на продолжительность работы. При этом для разных задач требования к дисковой подсистеме отличаются. Разберем, как организовать хранение, когда стоит использовать NVMe и сколько свободного места предусмотреть.

Где хранить временные файлы и результаты моделирования

При работе с CFD-программами инженер использует несколько видов файлов. Одни нужны для запуска вычислений, другие позволяют продолжить прерванную работу или изучить полученные результаты.

Исходные файлы. Содержат расчетную сетку, граничные условия, настройки физических моделей и другие параметры задачи. Их необходимо сохранять, чтобы при необходимости изменить условия моделирования или повторить вычисления.

Например, Ansys Fluent использует файлы с описанием расчетной постановки и отдельные файлы с полученными данными. Для возобновления вычислений программа должна загрузить совместимые файлы обоих типов.

Промежуточные сохранения. Во время длительных вычислений программа может периодически записывать текущее состояние задачи. Это позволяет продолжить работу после остановки, если сохранены все необходимые сведения.

В Ansys Fluent частоту автоматического сохранения можно задать по количеству итераций или временных шагов. Итерация — один цикл уточнения численного решения. Временной шаг — промежуток модельного времени, за который программа рассчитывает изменение процесса.

Частые сохранения помогают сократить объем повторной работы после прерывания вычислений, но увеличивают нагрузку на хранилище.

Результаты моделирования. Инженеры используют их для анализа скорости потоков, распределения давления, температуры и других величин. При исследовании процессов, изменяющихся во времени, программа может сохранять состояние модели за множество отдельных моментов.

Например, при расчете работы системы вентиляции специалисту может потребоваться проследить изменение воздушных потоков после запуска оборудования. Для этого необходимо сохранить результаты за соответствующие временные интервалы.

В OpenFOAM параметры writeControl и writeInterval определяют, когда программа записывает данные.

Есть и особенности параллельных вычислений. В OpenFOAM части одной задачи могут обрабатываться несколькими вычислительными процессами. При стандартном раздельном способе записи каждый из них сохраняет сведения в собственном каталоге. В результате образуется множество файлов.

Программа также поддерживает объединенный способ записи, который позволяет сократить их количество. Это может быть полезно для крупных проектов, особенно при работе с общим хранилищем.

При организации дисковой подсистемы стоит разделять активные проекты и архивные материалы. Для первых важна скорость доступа, поскольку программа регулярно читает и записывает информацию. Для завершенных исследований необходимо предусмотреть достаточную емкость и сохранность результатов.

Когда стоит использовать SSD и NVMe

Серверы для инженерных вычислений могут оснащаться твердотельными накопителями SSD с подключением SATA или NVMe. Оба варианта подходят для хранения расчетных файлов, но различаются возможностями передачи данных.

SSD SATA подключается через интерфейс SATA. Такие накопители можно использовать для исходных моделей, рабочих материалов и результатов, если их скорость соответствует требованиям программы.

SSD NVMe использует протокол NVMe и обычно подключается через PCIe. Он позволяет обрабатывать больше запросов на чтение и запись одновременно и, как правило, обеспечивает меньшую задержку доступа к данным.

При выборе важно учитывать характер операций.

Задача Что учитывать при выборе
Загрузка исходных моделей Размер файлов и время их чтения. SATA может оказаться достаточно
Регулярная запись крупных результатов Скорость последовательной записи. При высокой нагрузке стоит рассмотреть NVMe
Одновременная работа с множеством файлов Количество операций чтения и записи, задержку доступа и возможности накопителя при параллельных обращениях
Хранение завершенных проектов Емкость, стоимость хранения, требования к сохранности и частоте доступа

Например, если программа большую часть времени выполняет математические операции, замена SATA на NVMe может почти не повлиять на продолжительность вычислений. Более быстрый накопитель будет полезнее, когда значительная часть времени уходит на загрузку моделей или сохранение результатов.

Для выбора желательно измерить, сколько времени занимают операции чтения и записи при выполнении характерной задачи. Это позволит определить, действительно ли дисковая подсистема ограничивает работу сервера.

Помимо скорости, у накопителей есть другие характеристики, важные для длительной эксплуатации.

Ресурс записи. Производители серверных SSD указывают допустимый объем записи за определенный период. Один из распространенных показателей — DWPD. Он показывает, сколько полных перезаписей емкости накопителя допускается в день в течение установленного производителем срока.

Для задач с частым сохранением крупных файлов стоит проверить ресурс записи выбранной модели. Особенно это важно, если накопитель используется постоянно и на него приходится большая часть операций записи.

Защита от потери питания. Некоторые серверные SSD оснащаются средствами защиты данных при внезапном отключении электропитания. Они помогают сохранить информацию, находящуюся в определенных внутренних буферах накопителя. Наличие и возможности такой защиты необходимо проверять по спецификации.

Например, HPE выделяет защиту от внезапной потери питания и допустимую нагрузку на запись среди характеристик корпоративных SSD.

Совместимость с сервером. Перед закупкой необходимо проверить поддерживаемые типы накопителей, доступные разъемы и способы подключения.

Например, наличие отсека для диска формата 2,5 дюйма еще не подтверждает поддержку NVMe. Возможность установки зависит от конструкции серверной платформы, объединительной платы накопителей и предусмотренных соединений.

Выбирать SSD стоит с учетом фактической нагрузки. Если операции с файлами занимают небольшую часть времени, покупка самых быстрых накопителей может оказаться избыточной.

Как оценить необходимую емкость хранилища

Для предварительного расчета удобно использовать уже завершенные проекты. Они позволяют определить, сколько места занимают исходные материалы, промежуточные сохранения и полученные результаты.

При этом важно учитывать количество одновременно выполняемых заданий и срок хранения файлов.

1. Определите объем одного проекта. Посмотрите, сколько места занимают его файлы после завершения вычислений. Если программа создает временные данные, дополнительно измерьте максимальное использование дискового пространства во время работы.

2. Проверьте количество сохраняемых состояний. При нестационарном моделировании программа может записывать результаты через заданные промежутки времени. Если все состояния остаются на накопителе, общий объем постепенно увеличивается.

3. Учтите одновременно выполняемые задания. Если инженерный отдел запускает несколько проектов, потребуется место для каждого из них. Чтобы оценить рабочую емкость, нужно сложить максимальные потребности заданий, которые могут выполняться одновременно.

4. Определите срок хранения. Часть результатов потребуется только до завершения анализа. Другие файлы могут понадобиться для проверки проектных решений, повторных вычислений или дальнейших исследований. Архивные данные стоит учитывать отдельно от текущих заданий.

5. Добавьте место для системы и новых проектов. На накопителях могут размещаться операционная система, расчетные программы, служебные файлы и журналы работы. Также необходимо предусмотреть свободную емкость, чтобы сервер мог принимать новые задания.

Для предварительной оценки можно использовать следующую схему:

Рабочая емкость = файлы одновременно выполняемых проектов + дополнительные временные данные + пространство для программ и системы + запас свободного места.

Если архив размещается на тех же накопителях, к полученному объему нужно добавить данные длительного хранения.

При использовании RAID необходимо учитывать разницу между общей емкостью установленных дисков и доступным пространством. Например, зеркалирование предполагает хранение копий данных на нескольких накопителях. Поэтому часть общей емкости расходуется на избыточность.

Снизить потребность в дисковом пространстве помогают настройки расчетных программ.

В Ansys Fluent можно ограничить количество автоматически сохраняемых файлов. После достижения установленного предела программа заменяет наиболее ранние сохранения новыми. При этом разработчик предупреждает, что такая настройка может повлиять на историю решения, которая хранится в памяти программы.

В OpenFOAM предусмотрен параметр purgeWrite. Он ограничивает количество сохраняемых каталогов с результатами за разные моменты времени. Также программа поддерживает сжатие выходных файлов.

Однако сокращать количество сохранений следует с учетом требований проекта. Если инженер оставит слишком мало промежуточных состояний, после прерывания вычислений может потребоваться повторить значительную часть работы. Кроме того, удаленные результаты будут недоступны для последующего анализа.

Важно! RAID помогает сохранить доступность данных при определенных отказах накопителей, но не заменяет резервное копирование. Если результаты моделирования необходимо сохранить, следует предусмотреть отдельные резервные копии и проверить возможность восстановления.

При подборе дисковой подсистемы полезно рассматривать рабочее пространство и архив как две самостоятельные задачи. Для активных вычислений можно использовать локальные SSD, а завершенные проекты переносить на отдельную систему хранения.

Такой подход позволяет подобрать скорость и емкость накопителей под реальные потребности инженерного отдела. При необходимости хранилище можно расширять отдельно от вычислительных ресурсов сервера.

Подробнее о различиях интерфейсов и характеристик накопителей читайте в статье CRABBIT о выборе SSD для серверных задач. Для выбора отдельного хранилища результатов полезна статья о выборе СХД под разные типы данных.

СХД для хранения результатов моделирования
Показать варианты →
Реклама 16+. ООО "ГК КРЭББИТ" ИНН 7722377552 ОГРН: 1167746991170 107023, г. Москва, вн.тер.г. муниципальный округ Преображенское, ул. Малая Семеновская, д. 9, стр. 3

Один сервер или вычислительный кластер

Для CFD-расчетов можно использовать один сервер или объединить несколько машин в вычислительный кластер. Второй вариант позволяет увеличить доступные ресурсы, но усложняет организацию вычислений. При выборе важно понимать, что требуется инженерному отделу: быстрее завершать одну крупную задачу или выполнять больше заданий одновременно.

Рассмотрим, когда стоит переходить на несколько серверов, какие требования возникают к сети и как оценить результат такого решения.

Когда стоит объединить несколько вычислительных узлов

Вычислительный кластер объединяет несколько серверов, которые работают в составе общей системы. Каждый из них называют узлом. Он располагает собственными процессорами, оперативной памятью и другими компонентами.

Способ организации работы зависит от характера инженерных задач.

Несколько независимых расчетов

Предположим, конструкторский отдел исследует разные варианты корпуса промышленного оборудования. Инженеры запускают отдельные задания, чтобы сравнить движение воздуха и эффективность охлаждения.

Если каждый расчет помещается на одном сервере, задания можно распределить между несколькими машинами. Специалистам не придется дожидаться завершения предыдущего моделирования.

Для управления такой работой применяют системы распределения заданий. Они учитывают доступные ресурсы, назначают вычисления на свободные узлы и позволяют организовать очередь.

В такой схеме серверы могут выполнять работу независимо. Между ними не требуется постоянный обмен промежуточными результатами одного расчета.

Если компании нужно только увеличить количество одновременно выполняемых заданий, можно рассмотреть несколько самостоятельных серверов. Объединять их в полноценный вычислительный кластер необязательно.

Один крупный расчет на нескольких узлах

Другая ситуация возникает, когда инженеру нужно выполнить моделирование, для которого ресурсов одного сервера недостаточно, либо требуется сократить время решения большой задачи.

Если программа поддерживает распределенные вычисления, она может разделить расчетную область между несколькими машинами. Каждый узел обрабатывает выделенную часть, а затем обменивается необходимыми значениями с остальными участниками.

Так работают, например, параллельные решатели Ansys Fluent и OpenFOAM. Однако возможность распределения зависит от конкретной версии программы и используемого метода.

Есть важная особенность: оперативная память отдельных серверов при таком объединении не превращается в единое адресное пространство. Программа должна уметь распределять данные между узлами и обращаться к нужной информации через предусмотренные механизмы обмена.

Если расчет хорошо распределяется между несколькими машинами, кластер может сократить время его выполнения. При этом ресурсы тратятся также на передачу данных и согласование работы узлов.

Когда достаточно одного сервера

Одна машина остается разумным вариантом, если она справляется с типовыми заданиями за приемлемое время. Это особенно актуально для отделов с небольшим количеством специалистов, где расчеты выполняются последовательно или не требуют постоянного использования всей доступной мощности.

Перед расширением системы стоит проверить две вещи: хватает ли ресурсов для наиболее сложной задачи и возникает ли очередь из заданий, которая задерживает работу инженеров.

Ответы помогут выбрать направление: модернизировать существующую машину, добавить независимые серверы или организовать распределенные вычисления.

Какие требования предъявляются к сети между серверами

При совместном выполнении одной задачи узлы обмениваются промежуточными результатами. От скорости такого обмена зависит, сколько времени программа тратит на передачу информации и сколько остается непосредственно на вычисления.

Для оценки сети важны две характеристики.

Пропускная способность показывает, какой объем информации соединение способно передать за единицу времени. Она важна при обмене большими массивами данных.

Задержка передачи показывает, сколько времени требуется для доставки сообщения между узлами. Если программа часто отправляет небольшие сообщения, даже небольшие задержки могут влиять на общую продолжительность расчета.

Например, при разделении расчетной области соседние части модели должны обмениваться значениями на своих общих границах. Пока необходимые сведения не поступили, отдельные операции могут ожидать завершения передачи.

Для соединения вычислительных узлов используют разные технологии.

Ethernet

Сеть Ethernet можно применять как для управления заданиями, так и для распределенных CFD-расчетов.

Если серверы выполняют независимые задания, постоянный обмен результатами между ними обычно не требуется. В таком случае требования к сети определяются прежде всего передачей исходных материалов, управлением заданиями и доступом к рабочим данным.

При совместной обработке одной модели важно оценить объем сетевого обмена и его частоту. Современные высокоскоростные соединения Ethernet могут подходить для таких задач, но их достаточность следует подтвердить испытаниями.

InfiniBand

InfiniBand применяют в вычислительных системах, которым требуются высокая пропускная способность и малые задержки при обмене данными.

Технология может быть полезна для крупных параллельных расчетов, особенно если программа часто передает сообщения между узлами. Однако преимущество зависит от конкретной нагрузки и настроек программного обеспечения.

Поэтому выбирать InfiniBand только на основании размера вычислительного кластера не стоит. Сначала нужно выяснить, ограничивает ли сеть продолжительность расчетов.

Что проверить при проектировании сети

Для совместной работы серверов необходимо учитывать:

  • Сетевые адаптеры. Поддержку выбранной технологии, скорость соединения и совместимость с серверной платформой.
  • Коммутаторы. Возможности передачи данных между узлами и соответствие требованиям используемых соединений.
  • Программную среду. Поддержку сетевого обмена расчетной программой, операционной системой и необходимыми библиотеками.
  • Доступ к рабочим данным. Все задействованные машины должны получать файлы, необходимые для выполнения своей части задачи.

Ansys Fluent и OpenFOAM используют механизмы обмена сообщениями между вычислительными процессами. Один из распространенных стандартов такого взаимодействия называется MPI (Message Passing Interface). Он определяет, как программы передают информацию при параллельной работе.

Например, OpenFOAM поддерживает выполнение расчета на нескольких машинах с использованием MPI. Для этого задают состав узлов, распределяют расчетную область и запускают параллельный решатель. Процедура описана в официальном руководстве OpenFOAM.

При организации кластера также желательно учитывать однородность серверов. Машины с разными процессорами или программной средой могут создавать дополнительные сложности при распределении нагрузки. Некоторые реализации MPI имеют ограничения при работе с неоднородными системами.

Поэтому перед закупкой важно проверить совместимость всех узлов и подтвердить, что выбранная сеть подходит для расчетной программы.

Как оценить эффективность распределенных расчетов

Увеличение числа серверов имеет смысл, если дополнительные ресурсы помогают решать поставленные задачи. Для проверки проводят испытания на характерной нагрузке и сравнивают результаты.

Порядок оценки зависит от того, как инженерный отдел собирается использовать оборудование.

Если нужно ускорить один расчет

Сначала выполняют задачу на исходной конфигурации. Затем запускают ту же модель на большем количестве вычислительных узлов.

Для корректного сравнения сохраняют расчетную сетку, физические модели, версию программы и условия вычислений. Измерять нужно одинаковый объем работы, например установленное количество итераций. Если сравниваются полные расчеты, необходимо проверить, что они достигли сопоставимых критериев сходимости.

Основной показатель — время выполнения.

По результатам можно определить ускорение:

Ускорение = время на исходной конфигурации / время на расширенной конфигурации.

Если новая система завершает одинаковую работу быстрее, ускорение будет больше единицы.

Но важно учитывать количество добавленных ресурсов. Например, если число задействованных ядер удвоилось, а время выполнения сократилось лишь незначительно, эффективность расширения будет низкой.

Причиной могут стать затраты на обмен данными, неравномерное распределение работы между узлами или ограничения используемого численного метода.

Для проверки Ansys Fluent предоставляет средства измерения времени вычислений и передачи сообщений. Они помогают определить, какая часть времени уходит на решение уравнений, а какая — на взаимодействие процессов. 

Если нужно выполнять больше независимых заданий

Здесь важен другой показатель — сколько расчетов инженерный отдел способен завершить за определенный период.

Например, можно сравнить производительность одного сервера и нескольких машин при одинаковом наборе заданий. Оценивать стоит общее время обработки очереди, количество завершенных работ и загрузку оборудования.

При таком сценарии дополнительные серверы могут увеличить производительность отдела, даже если время выполнения каждого отдельного расчета останется прежним.

Какие ограничения учитывать

Помимо результатов испытаний, нужно проверить расходы на создание и эксплуатацию системы.

У нескольких серверов возрастает суммарное энергопотребление, появляются дополнительные требования к охлаждению и сетевому оборудованию. Понадобятся средства управления заданиями и контроля состояния узлов.

Отдельный вопрос — лицензирование расчетных программ. 

Например, возможность использовать большое количество ядер в Ansys Fluent зависит от условий приобретенных лицензий. Это необходимо проверить до окончательного выбора конфигурации.

При этом для инженерного отдела имеет значение и стоимость времени. Если длительные вычисления задерживают выполнение проектов, ускорение может оправдывать дополнительные затраты. Но такой вывод требует сравнения конкретных вариантов оборудования и реальных рабочих задач.

Важно! Оценивать кластер только по суммарному количеству процессорных ядер неправильно. Нужно понимать, сколько работы выполняет система, как эффективно использует ресурсы и насколько увеличиваются расходы при добавлении новых узлов.

Если один сервер удовлетворяет требованиям инженерного отдела, усложнять инфраструктуру необязательно. Несколько машин стоит рассматривать при росте числа независимых заданий или при необходимости распределять крупные вычисления. Результаты испытаний помогут выбрать подходящую архитектуру и определить оправданный масштаб системы.

Серверы для инженерных расчетов в каталоге CRABBIT
Выбрать сервер →
Реклама 16+. ООО "ГК КРЭББИТ" ИНН 7722377552 ОГРН: 1167746991170 107023, г. Москва, вн.тер.г. муниципальный округ Преображенское, ул. Малая Семеновская, д. 9, стр. 3

Примеры конфигураций серверов для CFD-задач

Для инженерного моделирования можно использовать сервер с центральными процессорами, систему с графическими ускорителями или несколько вычислительных узлов. Выбор зависит от расчетной программы, размера моделей и необходимой производительности.

Рассмотрим три варианта на базе Dell и Lenovo. Для каждого приведем состав оборудования, назначение компонентов и ограничения. Конфигурации показывают возможный подход к подбору. Окончательную совместимость комплектующих и достаточность ресурсов необходимо проверить под конкретный проект.

Сервер для расчетов на центральных процессорах

Задача: инженерный отдел регулярно выполняет аэродинамические и гидродинамические расчеты в Ansys Fluent или OpenFOAM. Специалисты исследуют движение потоков, распределение давления и сравнивают варианты конструкций. Основную вычислительную нагрузку выполняют центральные процессоры.

Для такой работы можно рассмотреть Dell PowerEdge R660. Это стоечный сервер высотой 1U с поддержкой двух процессоров Intel Xeon Scalable четвертого или пятого поколения и оперативной памяти DDR5.

Пример конфигурации:

Компонент Характеристики
Сервер Dell PowerEdge R660, 1U
Процессоры 2 × Intel Xeon Gold 6442Y, 24 ядра, 2,6 ГГц
Общее количество ядер 48 физических
Оперативная память 16 × 32 ГБ DDR5 RDIMM ECC, всего 512 ГБ
Системные накопители 2 × 480 ГБ M.2 SSD, BOSS-N1, RAID 1
Рабочие накопители 2 × 1,92 ТБ NVMe SSD
Сеть Двухпортовый адаптер 25GbE
Питание 2 × 1100 Вт, резервируемые блоки питания

Почему выбраны такие компоненты

Два Intel Xeon Gold 6442Y предоставляют 48 физических ядер. Конфигурация рассчитана на задачи, которые способны эффективно использовать параллельные вычисления. Процессоры также поддерживают изменение числа активных ядер и частоты через Intel Speed Select, но доступность и целесообразность таких режимов нужно проверять отдельно.

512 ГБ оперативной памяти распределены между двумя процессорами. По восемь модулей на каждый CPU позволяют задействовать все восемь каналов памяти каждого процессора при правильной установке.

Системные накопители M.2 объединены в RAID 1. Такая схема предусматривает зеркалирование и позволяет сохранить работоспособность дискового массива при отказе одного из двух накопителей. Отдельные NVMe SSD предназначены для рабочих файлов и результатов моделирования.

Адаптер 25GbE можно использовать для подключения к корпоративной сети или внешнему хранилищу. Если сервер будет работать самостоятельно, высокая скорость сетевого соединения может оказаться необязательной. Ее необходимость определяют по способу передачи данных.

Что важно учитывать

48 ядер подходят для рассмотрения в задачах с высокой степенью параллельной обработки. Однако небольшие модели могут использовать дополнительные ядра недостаточно эффективно. В таком случае стоит сравнить эту сборку с вариантом, где процессоров меньше, но каждое ядро обладает более высокой производительностью.

Объем 512 ГБ также служит примером конфигурации. Его нельзя считать универсальной рекомендацией для определенного числа расчетных ячеек.

Для выбранной комплектации R660 необходимо дополнительно проверить сочетание дисковой корзины, BOSS-N1, блоков питания и системы охлаждения по правилам Dell.

Посмотреть модель и доступные варианты оснащения можно в каталоге серверов Dell CRABBIT.

Сервер с графическими ускорителями

Задача: инженерная компания использует Ansys Fluent Native GPU Solver для моделирования течений и теплообмена. Выбранные физические модели поддерживают вычисления на графических процессорах. Специалистам требуется система с достаточным объемом видеопамяти и поддержкой математических операций двойной точности.

Для такого проекта можно рассмотреть Dell PowerEdge R750xa. Сервер высотой 2U поддерживает установку нескольких графических ускорителей NVIDIA A100.

Пример конфигурации:

Компонент Характеристики
Сервер Dell PowerEdge R750xa, 2U
Процессоры 2 × Intel Xeon Gold 6338, 32 ядра, 2,0 ГГц
Общее количество ядер CPU 64 физических
Оперативная память 16 × 32 ГБ DDR4 RDIMM ECC, всего 512 ГБ
Графические ускорители 2 × NVIDIA A100 80 ГБ PCIe
Видеопамять 80 ГБ на каждом ускорителе
Системные накопители 2 × 480 ГБ M.2 SSD, BOSS-S2, RAID 1
Рабочие накопители 2 × 1,92 ТБ NVMe SSD
Сеть Двухпортовый адаптер 25GbE
Питание 2 × 2400 Вт, резервируемые блоки питания

Примечание к подбору: Dell подтверждает поддержку ускорителей A100 для R750xa. При заказе необходимо отдельно проверить допустимое исполнение A100 80 ГБ PCIe, соответствующие разъемы, охлаждение и питание в составе конкретной сборки.

Почему выбраны такие компоненты

NVIDIA A100 поддерживает вычисления двойной точности FP64, которые могут использоваться в инженерных расчетах. Поэтому такая модель представляет интерес для совместимых CFD-решателей.

Ускоритель оснащен собственной видеопамятью. Объем 80 ГБ позволяет рассматривать его для достаточно крупных задач, однако максимальный размер модели зависит от физических процессов, численного метода и особенностей распределения данных.

При использовании двух NVIDIA A100 программа может распределять вычисления между ними. Но видеопамять остается отдельной для каждого GPU. Суммарный объем 160 ГБ нельзя автоматически рассматривать как единое пространство, доступное для любой задачи.

Процессоры Intel Xeon Gold 6338 обеспечивают выполнение системных операций и той части расчетной работы, которую программа оставляет на CPU. Оперативная память DDR4 используется для подготовки и обработки данных, необходимых вычислительной системе.

Для размещения операционной системы предусмотрены зеркалируемые M.2 SSD. Рабочие NVMe предназначены для расчетных файлов и сохранения результатов.

Что важно учитывать

Перед закупкой необходимо подтвердить поддержку используемой физической модели в Native GPU Solver. Кроме того, следует проверить совместимость версии Ansys Fluent с выбранными ускорителями и условия лицензирования.

Если решатель работает преимущественно на CPU, покупка NVIDIA A100 может оказаться неоправданной.

Также важно сравнить время выполнения характерной модели на одном и двух GPU. Дополнительный ускоритель увеличивает доступные ресурсы, но не гарантирует двукратного сокращения продолжительности вычислений.

PowerEdge R750xa стоит рассматривать как основу для специализированного сервера. Окончательный состав оборудования необходимо согласовать с требованиями программного обеспечения и допустимыми вариантами оснащения Dell.

Вычислительный комплекс для распределенных расчетов

Задача: исследовательский или конструкторский отдел работает с крупными моделями и регулярно выполняет ресурсоемкие расчеты. Для отдельных заданий возможностей одного сервера недостаточно. Используемая программа поддерживает распределение вычислений между несколькими машинами.

В качестве примера рассмотрим комплекс из двух Lenovo ThinkSystem SR650 V3. Это стоечные серверы высотой 2U с поддержкой двух Intel Xeon Scalable четвертого или пятого поколения, DDR5 и высокоскоростных сетевых адаптеров.

Пример конфигурации одного вычислительного узла:

Компонент Характеристики
Сервер Lenovo ThinkSystem SR650 V3, 2U
Процессоры 2 × Intel Xeon Gold 6430, 32 ядра, 2,1 ГГц
Общее количество ядер 64 физических на узел
Оперативная память 16 × 64 ГБ DDR5 RDIMM ECC, всего 1 ТБ
Системные накопители 2 × 480 ГБ M.2 SSD, RAID 1
Рабочие накопители 2 × 1,92 ТБ NVMe SSD
Сетевой адаптер Mellanox ConnectX-6 Dx, 2 × 100GbE QSFP56
Питание 2 × 1800 Вт, резервируемые блоки питания
Охлаждение Шесть производительных вентиляторов в предусмотренном Lenovo исполнении

Два сервера образуют вычислительную часть комплекса. Для их совместной работы также потребуются сетевые соединения, общая программная среда и средства управления заданиями.

При подключении через коммутатор 100GbE нужно предусмотреть совместимые кабели или оптические модули. Способ соединения узлов зависит от принятой сетевой схемы. Отдельно организуют доступ к серверам для управления и обслуживания.

Что получает инженерный отдел

Два узла предоставляют суммарно:

  • 4 процессора Intel Xeon Gold 6430;
  • 128 физических процессорных ядер;
  • 2 ТБ оперативной памяти, распределенной между серверами;
  • локальные накопители для системных и рабочих файлов;
  • сетевые подключения со скоростью до 100 Гбит/с на порт при использовании совместимого оборудования.

Важно понимать, что память остается разделенной между узлами. Каждый сервер располагает собственным 1 ТБ ОЗУ. Чтобы выполнять одну крупную задачу на обеих машинах, расчетная программа должна поддерживать такое распределение.

Например, OpenFOAM позволяет разделить расчетную область между вычислительными процессами на разных серверах. Обмен данными организуют с помощью MPI. Конкретную реализацию и настройки выбирают с учетом версии программы и сетевой инфраструктуры.

Почему выбраны такие компоненты

Intel Xeon Gold 6430 содержит 32 физических ядра. Два таких процессора в каждом узле позволяют выделить значительные вычислительные ресурсы для параллельных задач.

Оперативная память установлена по восемь модулей на процессор. Такая схема задействует все восемь каналов памяти каждого CPU. При этом Xeon Gold 6430 поддерживает скорость DDR5 до 4400 млн передач в секунду. Установка более скоростных модулей сама по себе не увеличит допустимую скорость контроллера процессора.

Сетевой адаптер ConnectX-6 Dx поддерживает два порта 100GbE. Его можно использовать для обмена данными между узлами при распределенных расчетах.

Для выбранных Intel Xeon Gold 6430 с тепловой мощностью 270 Вт и сетевых адаптеров 100GbE необходимо предусмотреть производительные вентиляторы. Мощность блоков питания и допустимые условия охлаждения также следует проверить в окончательной спецификации.

Что важно учитывать

Комплекс из двух серверов стоит рассматривать при подтвержденной потребности в распределенных вычислениях. Если отдел выполняет несколько независимых задач, машины можно использовать отдельно, без разделения одного расчета между узлами.

Для большой модели необходимо проверить ускорение при переходе с одного сервера на два. Если программа тратит значительную часть времени на обмен данными, дополнительные вычислительные ресурсы могут использоваться недостаточно эффективно.

Перед закупкой также стоит учесть стоимость сетевого оборудования, условия лицензирования программ и требования к размещению двух серверов.

Как выбрать конфигурацию под свой проект

Приведенные варианты решают разные задачи. Dell PowerEdge R660 можно рассмотреть для моделирования на центральных процессорах. R750xa подходит для оценки GPU-вычислений при использовании совместимого решателя. Комплекс из Lenovo ThinkSystem SR650 V3 позволяет распределять нагрузку между несколькими узлами.

Окончательный выбор требует данных о рабочей модели, используемой программе, текущем времени выполнения расчетов и необходимых ресурсах.

Специалисты CRABBIT помогут сравнить серверные платформы, проверить совместимость комплектующих и подготовить спецификацию под требования инженерного проекта.

Посмотреть серверы в каталоге CRABBIT

Вопросы и ответы

Да, если сервер располагает достаточным количеством процессорных ядер и оперативной памяти. Для распределения ресурсов между заданиями можно использовать систему управления очередью. Также необходимо учитывать ограничения лицензий расчетных программ.

Да. Инженер может подготовить модель на рабочей станции, запустить расчет на удаленном сервере и затем получить результаты. Для этого потребуется настроить доступ, проверить совместимость программ и передать необходимые файлы проекта.

Да, если платформа поддерживает необходимые комплектующие. Иногда достаточно увеличить объем оперативной памяти или установить совместимый процессор. Перед модернизацией нужно определить, каких ресурсов не хватает, и проверить ограничения системной платы, питания и охлаждения.

Лучше всего выполнить пробный расчет на реальной модели. Сравните время выполнения, потребление памяти и результаты вычислений при одинаковых настройках. Если испытания недоступны, можно использовать опубликованные производителем программного обеспечения измерения производительности на похожих задачах.

Да, один сервер может выполнять CFD-моделирование, прочностные и другие инженерные расчеты. Главное — проверить совместимость программ, достаточность вычислительных ресурсов и условия лицензирования. При одновременном запуске нескольких задач необходимо учитывать их суммарную нагрузку.


#Серверы
#IT-инфраструктура
0 комментариев
CRABBIT
ваш проводник в мире IT
Раз в неделю - дайджест материалов, достойных внимания
Другие статьи
#Гайд
25 сентября 2025
Сервер для IP телефонии: как выбрать под конкретные задачи?
IP-телефония — основа сервиса. Надёжность требует сервера, подобранного под задачи. Расскажем — как выбрать мощность и надёжность без переплат. Подробнее...
Руслан Шичкин
#Гайд #СХД
8 октября 2026
Как рассчитать СХД для резервного копирования: формулы и примеры
В статье разберем, как рассчитать необходимую емкость, на что обратить внимание при выборе системы и какие конфигурации подходят для разных задач. Покажем все на конкретных примерах. Подробнее...
CRABBIT
#IT-инфраструктура #Гайд
29 октября 2024
Какой сервер выбрать: гид для бизнеса
Выбор сервера — это стратегическое решение, которое может определить успех ИТ-инфраструктуры компании. Ошибки в выборе серверного оборудования Подробнее...
Руслан Шичкин
#Гайд
1 октября 2025
Лучший процессор для сервера 1С: какой выбрать?
Медленные отчеты в 1С? Виноват процессор. Рассказываем, как выбрать CPU для сервера 1С с учетом нагрузки и перспектив роста. Подробнее...
Руслан Шичкин
#Виртуализация
3 октября 2025
Как эффективно использовать ресурсы серверов с помощью виртуализации
Виртуализация снижает расходы на серверы и повышает отказоустойчивость. Рассказываем, как сделать ИТ-инфраструктуру гибкой и управляемой. Подробнее...
CRABBIT
#Серверы #Гайд
24 февраля 2026
Форм-факторы серверов: виды, характеристики и выбор для бизнеса
Подробный гид по основным корпусам вычислительных машин: сравниваем Tower, Rack и Blade для офиса, ЦОД и корпоративной инфраструктуры.
Подробнее...
CRABBIT
#Серверы #Гайд
Оптимизация серверов Supermicro SYS для виртуализации в малого и среднего бизнеса: гайд на 2026
Полное руководство по оптимизации серверов Supermicro SYS для виртуализации в малом и среднем бизнесе (SMB). Раскрываем секреты настройки Supermicro SYS для VMware, Hyper-V и Proxmox. Ускорьте работу 50+ ВМ и сэкономьте до 40% бюджета.
Подробнее...
CRABBIT
#IT-инфраструктура #СХД
26 августа 2026
Как расширить СХД: способы увеличить емкость системы хранения данных
Расширение СХД требует оценки не только свободной емкости, но и возможностей самой платформы. Разберем, как подойти к этой задаче и избежать решений, которые быстро приведут к новому пределу. Подробнее...
CRABBIT
#Серверы #Обзор
10 сентября 2026
Обзор Dell PowerEdge R660: что умеет двухсокетный сервер в корпусе 1U
В обзоре разберем устройство R660, доступные варианты комплектации и ограничения платформы. Посмотрим, для каких нагрузок сервер подходит, чем отличается от R650 и R670 и что важно учитывать при выборе конфигурации в 2026 году. Подробнее...
CRABBIT
#Серверы #Виртуализация #Гайд
17 сентября 2026
Как выбрать сервер для виртуализации: что учитывать в конфигурации
Количество виртуальных машин само по себе не определяет требования к оборудованию. Разберем, как по исходным данным подобрать конфигурацию, выбрать схему размещения и сравнить варианты для разных сценариев. Подробнее...
CRABBIT
0 комментариев