观点

仿真遇到云计算,是怎样一种体验?

云概念的出现已经有一段时间了,到底怎么样?可以的话,我们就不用买一堆软件和工作站了。个人也用得起仿真了,简直不能更好了。那么仿真计算到底可不可搬到云上面去?数据是否安全?使用是否方便?本文将带给你答案。

云技术将高性能计算(HPC)能力以极低的成本交付给大众变成了可能。想对发动机燃烧过程进行复杂的直接数值仿真?或者,您可能只想运行基本的结构仿真,但是希望比桌面工作站或内部服务器能够快1000倍速度。那么云可以帮你解决这个问题。本文,我们将看到云仿真的当前状态,并请一些行业专家对市场和技术本身的当前状态进行评估。

云技术

首先,我们来定义一下云。简而言之,云是一种IT范式,允许用户访问位于异地数据中心的资源。这些资源可以以额外的计算能力的形式出现,通过HPC集群,或者以软件的形式存在,可以在用户的浏览器中运行,从而消除了在本地机器上安装的需要。对于使用仿真软件的用户来说,这是一个很有吸引力的提议,因为这些云数据中心可以处理所有的硬件和基础设施问题,让用户进行最擅长的工程分析,而不用担心企业级的软件部署、持续的现场服务器升级和其他问题。云计算范式取代了旧的IT范式,后者着重于将软件作为一种产品提供,而云计算是将其产品作为一种服务提供给用户,用户为他们实际使用的资源付费,而不是持续地为许可证、CPU能力或其他硬件买单。

在EnSight制造发动机模型。模型显示了燃料如何喷射到内燃机中。

(图片由ANSYS提供)。

炒作该结束了!

Gartner炒作循环图是衡量新兴技术炒作和期望的一个合理的标准,同时也提供了某种技术被采用的迹象。新技术的被采用率很低,因为它们往往处于开发的早期阶段,通常只被研究机构和产品开发人员使用。当技术随着生命周期变化,走向成熟,公众信任逐渐增加时,就会得到更广泛的采用。根据Gartner在2017年发布的“云计算炒作周期”,云计算本身终于从“幻灭的低谷”走出,进入“启蒙的斜坡”。“这意味着,在新兴技术带来的波动预期之后,炒作终于消失了,我们现在应该看到,在进入高生产率的状态之前,这些服务开始得到更广泛的采用。”

正从坑里爬出来

对于那些不熟悉技术炒作周期的人来说,Gartner提供了以下几条总结:

创新驱动:一项技术突破拉开了序幕。早期的概念验证故事和媒体的兴趣引发了重大的宣传。通常没有可用的产品存在,商业可行性也没有得到证明。

一飞冲天的膨胀:早期的宣传产生了许多成功的故事——通常伴随着大量的失败。一些公司采取了行动;但是大多数并没有。

幻灭的低谷:随着实验失败和无法实施,人们的兴趣逐渐减少。这项技术的提供者要么动摇,要么彻底失败。只有当幸存的供应商改进他们的产品,以使早期采用者满意时,投资才会继续。

启蒙之坡:说明技术如何能使企业受益且开始具体实施的实例越来越多,并得到更广泛的理解。来自技术供应商的第二代和第三代产品开始出现。更多基金投资助推;保守的公司仍持谨慎态度。

平稳期:主流的采用开始起飞。评估该技术生存能力的标准更加明确。这项技术的广泛市场适用性和相关性明显地正在得到回报。

但是,当分析师们认为云计算现在正处于启蒙阶段时,业界对云计算和仿真的现状有什么看法呢?

行业观点

我们对Autodesk、Ansys和Rescale这三家供应商进行了采访。

Autodesk一直以来都是一家专注于设计的公司,它有兴趣将云计算的能力引入设计师的手中,并且已经有了大约5年的云计算战略。目前,Autodesk提供了一系列基于云的仿真包,包括Autodesk CFD、Moldflow,当然还有Fusion360。Autodesk通过使用“云信用”为客户提供云计算时间。用户可以购买“云信用”,以换取Autodesk云服务的仿真或渲染时间。

与Autodesk相比,Ansys首先是一家仿真公司,因此它专注于通过云资源让工程师评估更多的设计变化,并做出更好更快的工程决策。自然地,Ansys目标是让仿真变得更好、更强大。Ansys通过使用现有的许可证或使用灵活的“弹性单元”作为弹性许可模型的一部分,提供云计算时间(可以提前支付模型,如果用完的话,可以选择转换到后支付)。弹性许可允许用户从Ansys中访问大多数支持云计算的软件。

Rescale是一家2011年成立于旧金山的初创企业,在短短时间内,它已经成为世界上最大的HPC基础设施网络,拥有超过800万台服务器和1400台PFLOPs供公众仿真使用。Rescale ScaleX平台提供了超过250个不同的软件包,这些软件包都可以在云上访问,并且可以使用Rescale数据中心提供的HPC计算能力。该平台允许用户为他们使用的计算能力和时间付费。软件方面,用户可以按次付费,或者携带自己的许可证。Rescale为计算资源提供每秒的计费,并正在推动软件许可的每秒计费。

机遇与挑战

工程领域似乎是云计算的后来者。这似乎是由于在文化和技术上的无法接受。

Ansys的产品管理总监Todd McDevitt说:“数据安全是一个问题,特别是对于大型工程公司来说。”“这个状况正在改善,但对于航天与国防等特殊行业和半导体行业来说,这仍是一个障碍。”

由于国家安全和知识产权问题,这些行业在采用新模式方面比较保守。如果想要将数据迁移到云端,就需要确保数据是安全的。

但数据安全并不是大规模采用的唯一障碍。随着仿真能力的增长,我们对仿真软件的需求也在增长——随着仿真变得更加详细和精确,我们生成了更多的数据。

“大型仿真的输出文件是一个挑战,”McDevitt继续说道。“理想的情况是,采用云技术的工程团队将他们的数据留在云中并在那里进行管理;然而,事实往往并非如此。大多数公司最终都希望下载仿真输出文件,并在其内部系统上长期管理它们。这样,客户的下载时间实际上与生成数据所需的时间相当。

Autodesk似乎也是同意上述观点。

Autodesk的仿真副总裁Greg Fallon说:“云计算的最大挑战之一就是大型数据集的上传和下载。在进行大型、复杂的仿真时,挑战之一是,当您将大型文件上载到云上并生成解决问题的庞大数据设置之后,传统上您必须下载这些数据以查看或使其可用。这是普遍存在的,世界上任何一个大型超级计算中心都遇到了这个问题。这是最大的技术问题之一。”

但是,随着技术的成熟和客户意识到使用云进行仿真的价值,采用云计算的趋势正在加快。

“在过去的几年里,我看到许多公司的态度发生了重大转变,”Greg Fallon继续说。“两年前,由于IP风险,很多人不愿意在工程应用中使用云。但是越来越多的大公司的首席信息官开始转变。人们开始意识到,在许多情况下,云中的数据与本地存储的数据同样安全。

卖算力...都谁在买?

据Gartner的数据,产品从“幻灭的低谷”和“启蒙的斜坡”中走出来的那段时间,恰好与该产品的采用相吻合。

正如我们采访的行业专家所证实的,这是2018年云仿真的一个相当准确的表现。

“尽管超过90%的当前市场是本地化的,但HPC今天正处于一个转折点,许多传统的本地客户选择云作为一个关键功能来满足当下或未来的高性能计算的需求,”Dave Anselmi说,Rescale产品管理主管。

“从历史上看,HPC性能每10年增加100次(摩尔定律)。”Anselmi继续说道。“随着价格的下降,仿真的复杂性也在增加。今天的仿真将在明天运行得更快更便宜。但是仿真需求在不断增加,仿真客户群体对更复杂的模型、更复杂的物理和多学科耦合的要求也越来越高。因此,尽管同样的预算未来将购买更多的硬件,但未来的工作将需要更多的硬件。”

“实际上,随着仿真的普遍化,高端仿真将继续‘低端化’,需要更短的计算和分析的时间。”过去,仿真是超音速喷气式飞机和一级方程式赛车的专利,现在它被用于设计智能手机和电子书阅读器。事实上,这种趋势正在加速。”

未来的增长和应用

因此,我们看到云仿真市场已经成熟,技术成熟到可以满足一定的需求。如果目前的趋势继续下去,我们将看到仿真变得平民化,更容易为非专业人士所接受。

对于我们采访过的行业专家来说,在不久的将来,会是什么样子?

Anselmi说:“Rescale的定位是独一无二的、开放的解决方案平台。因为我们支持多个应用程序、多个云服务商,或者单一的内部数据中心。”“我们相信,相对于单点解决方案,开放平台是用户和软件商生态系统的更好路径。”

Anselmi继续说道:“尽管目前云只是处于HPC这个层面,但这是翻天覆地变化的开始。”云的优势在于它可以动态地匹配用户的需求。随着时间的推移(高峰和低谷),用户对需求不断变化,以及不同结构的出现,对于云来说,处理这些需求的能力要远远好于一个本地系统。随着时间的推移,按需付费的硬件和软件将使用户能够满足他们的需求,无需等待,就改进仿真时间,增加创新,快速上市。

看起来Rescale似乎已经明白客户和软件供应商的未来需求。

那么软件供应商如何看待不太遥远的未来呢?

“首先,我们将继续与网络云托管伙伴合作,确保我们的软件在全球100多个数据中心上运行良好,并被充分利用,”McDevitt说。

“我们将继续投资并改进我们的求解器和其他大计算量服务的可扩展性,以确保它们能利用云的高性能计算资源。我们还在对现有产品进行投资,使我们的客户能够更容易地利用云HPC资源,我们还在开发“云-本地”服务,改进复杂仿真中工作流的协作,提升大规模设计中节点评估的效率。在不久的将来,你会听到更多关于这方面的消息。”

同样,Autodesk在云战略上也非常积极。

Autodesk高级产品经理布赖恩弗兰克(Brian Frank)表示:“未来,你会在Fusion 360上看到非常多的仿真功能。”

“现在已经可以看到在Fusion360中的创成式设计。我们将继续走这条道路。同时,我们将继续增强我们在其他产品中的仿真能力。但目前,我们的大多数仿真产品都已经可以采用云技术。例如,Autodesk CFD在云中运行,我们刚刚完成了一个主要的更新,这样就可以更容易地利用云的进行并行计算。而Moldflow已经在云中很多年了。现在我们已经向云添加了DoE(设计实验)功能。总的来说,在如何使用云方面,我们已经有所涉猎,现在我们正在尽快地将云部署到每一个角落。”

“在Autodesk部署仿真功能的核心原因是,我们相信仿真和分析是整个设计和制造工作流程的一个必需部分,”Fallon补充道。“我认为目前仿真还没有对工业产生影响的原因之一是,仿真和分析通常是由产品开发过程之外的专家完成的。仿真工具通常不属于产品生命周期管理的工具。在CAD设计工具中有一些仿真,但是大多数仿真仍然是在外部进行的。所以我们试图把它引入到设计过程。在许多方面,创成式设计就是关于将仿真引入设计过程。它的美妙之处在于,你得到了一个预先验证好的设计。因此,工具不仅为最终用户提供了所有可能参数的设计选项,而且它们是有用的设计选项。"

所以Autodesk专注于把仿真带到下游。但是,云计算不仅仅是纯粹的计算。云也提供了更强的交流协作方式。

“我认为我们将继续看到更多以云为中心的特性,比如工作流协作。”Frank继续说,“例如,我们将考虑将数据保存在云上,而不是下载数据来处理它。我们希望看到数据,或者数据的一部分,从仿真数据中提取出来,并将其推入下游业务操作中,或者从中生成几何图形或支持制造的信息。这就是我认为要集中精力攻克的地方。我们认为仿真在云计算中运行得很好,但是现在从这些算法中生成了非常有价值的信息,那么如何把它带到下游,让它最终对客户有价值呢?

无论在平台上发生什么,拥有最大公共云网络的Rescale,似乎都能很好地为越来越需要云的人提供服务。

“总的来说,最具创新精神和领先地位的公司必然是最先进和最大型的仿真软件和高性能计算机硬件的用户。“Anselmi说,“公司构建的数字资产伴随着仿真能力,一直是公司知识产权的基础部分。通过仿真和高性能计算机,数字化改造和基础软件能力,是大多数垂直服务领域成功的关键。我们预计这些行业的领导者将继续以指数级的速度消耗更多的仿真软件和高性能计算机硬件。”

即时共享

Autodesk表示,对于那些希望发展云仿真战略公司来说,有三个主要的价值主张需要考虑。

“首先,要可计算,如果需要的话,还得具备足够的计算能力——这就是无限计算的概念。然后,是可协作。一旦有数据,你可以邀请其他人和你一起看。第三个是关于即时技术的想法——你不需要下载一个大文件,放在你的机器上,然后让它工作。相反,在云上,很容易就能即时查看数据。这就是SimScale或SuperCool等应用的即时功能。这就是Fusion360出现的原因。它不是即时的,但接近于即时。”

结论

人们真的开始转向云仿真了。但是,随着他们对仿真包的需求越来越大,他们生成了大量的数据,如果数据仍然在云中,而不是等待下载巨大的数据集进行分析,那么这些数据将会被最优地使用。但是,尽管云服务提供商确信数据在云计算上确实更安全,但保守的行业仍然对数据安全性有点担心。在实施云战略之前,这些行业需要服务和软件提供商提供一些令人信服的信息。当技术成熟、对安全性的担忧得到缓解时,或者当他们确信仿真数据可以在云上得到最好的处理时,他们很可能会跳上云仿真列车,从而减少下载大型数据集的时间。

不论您以个人或公司的身份访问云,您都可以通过Rescale的ScaleX等平台看到,对于计算时间和软件的使用,您有各种随用随付的选项。Rescale确实与大多数主要的仿真包有很多合作关系,所以新用户并不需要学习不同的软件。

总而言之,基于云的仿真是便宜的、容易使用的和熟悉的。都是你最喜欢的软件,更有效率的,并且按需付费。

有什么不喜欢的?随着技术的成熟和从边缘走向成熟,预计基于云的仿真客户逐渐增多。

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