Nexus Compute: capacità di calcolo scalabile basata sul cloud per le simulazioni ingegneristiche

Hugues Jeancolas, Vicepresidente, Gestione prodotti, divisione Manufacturing Intelligence di Hexagon

Nexus Compute: capacità di calcolo scalabile basata sul cloud per le simulazioni ingegneristiche

Engineering Reality 2024 volume 1

Accelerare la produzione intelligente

Over the past couple of decades, Computer Aided Engineering (CAE) has been a key enabler of product innovation, cutting down time-to-market and product development costs. In the race to virtualising prototype testing, the ability for product teams to conduct a greater number of simulations at an earlier stage in the design process has proven to be a significant competitive advantage.

Today’s Challenges

First, IT managers and CAE engineers are faced with managing a constantly varying workload with a fixed hardware capacity and a limited number of software licenses. This fluctuating demand, which at times leaves machines idle and at other times overwhelms compute servers, has forced engineering teams to resort to deploying a queuing system to ensure full utilisation of their hardware and software assets. While these systems somewhat improve throughput, they do not resolve the insurmountable issue of absorbing peak demand when this one exceeds either the hardware capacity or the availability of software licenses. The lack of compute power availability causes bottlenecks, which often result in product development delays.

Another significant challenge comes from the lack of flexibility of the self-managed HPC systems. Capital expenditures on machines and licenses force the teams to stick to a given hardware/ software configuration with only infrequent and partial upgrades. Purchase decisions often follow a lengthy process. This gives little opportunity for the team to quickly adopt to latest computer technology that could increase compute performance with the latest Graphics Processing Unit (GPU) or lower consumption/high-efficiency architectures such as ARM-based processors.

Small and Medium businesses (SMEs) and even start-ups are not immune to these challenges. In fact, they are further penalised as they often cannot afford the most powerful machines due to their prohibitive cost, and a computing need too small to justify the return on investment.

Of course, one should also note that maintaining an HPC centre comes with a non-negligible cost, operational challenges, and burden to the IT team managing it.

Nexus Compute addresses these issues by offering a cloud-based solution for engineering simulation.

Figure 1. Nexus Compute enables to easily manage multiple projects.

Negli ultimi decenni, l'ingegneria assistita da computer (CAE) è stata un fattore chiave per l'innovazione dei prodotti, riducendo il time to market e i costi di sviluppo dei prodotti. Nella corsa alla virtualizzazione dei test sui prototipi, la possibilità per i team di prodotto di condurre un maggior numero di simulazioni in una fase iniziale del processo di progettazione si è rivelata un vantaggio competitivo significativo.


Le sfide di oggi

In primo luogo i responsabili IT e i tecnici CAE si trovano a dover gestire un carico di lavoro che varia costantemente a fronte di una capacità hardware fissa e un numero limitato di licenze software. Questa domanda oscillante, che a volte lascia le macchine inattive e altre volte sovraccarica i server di calcolo, ha costretto i team di tecnici a ricorrere all'implementazione di un sistema di accodamento per garantire il pieno utilizzo delle risorse hardware e software. Sebbene questi sistemi migliorino in qualche modo la produttività, non risolvono l'insormontabile problema legato all'assorbimento dei picchi di domanda quando questi superano la capacità dell'hardware o la disponibilità di licenze software. La mancanza di disponibilità di potenza di calcolo provoca colli di bottiglia che spesso causano ritardi nello sviluppo dei prodotti.

Un'altra sfida significativa deriva dalla mancanza di flessibilità dei sistemi HPC autogestiti. Le spese in conto capitale per macchine e licenze costringono i team ad attenersi a una determinata configurazione hardware/software con aggiornamenti parziali e poco frequenti. Le decisioni di acquisto sono spesso frutto di un lungo processo. In questo modo il team non ha la possibilità di adottare rapidamente le più recenti tecnologie informatiche che potrebbero aumentare le prestazioni di calcolo con le più recenti unità di elaborazione grafica (GPU) o architetture a basso consumo/alta efficienza come i processori basati su ARM.

Le piccole e medie imprese (PMI) e persino le start-up non sono immuni da queste sfide. Anzi, sono ulteriormente penalizzate perché spesso non possono permettersi le macchine più potenti a causa dei costi proibitivi e di un'esigenza di calcolo troppo bassa per giustificare il ritorno sull'investimento.

Naturalmente occorre anche notare che la manutenzione di un centro HPC comporta costi non trascurabili, sfide operative e oneri per il team IT che lo gestisce.

Nexus Compute affronta questi problemi offrendo una soluzione basata sul cloud per la simulazione progettuale.


Soluzione cloud computing di Hexagon

Il cloud computing offre un accesso scalabile e flessibile alle risorse hardware e software. Con Nexus Compute siamo entusiasti di portare il nostro software di simulazione ingegneristica noto in tutto il mondo nel cloud, rendendo più facile per i nostri clienti accedere agli strumenti di cui hanno bisogno per guidare l'innovazione dei prodotti e migliorare la loro competitività.

Nexus Compute è un servizio cloud-native fornito sulla piattaforma Nexus di Hexagon che offre agli utenti la possibilità di eseguire qualsiasi numero di simulazioni in contemporanea in un ambiente flessibile, scalabile e sicuro. Con Nexus Compute i tecnici possono avviare facilmente le simulazioni con una connessione a internet e pochi clic. Non è necessario investire in risorse informatiche o licenze software per eseguire simulazioni progettuali. Nexus Compute è un'offerta Software as a Service (SaaS) con un modello di business a consumo che richiede un account Nexus attivo e crediti Nexus preacquistati. Non è necessario alcun setup, basta accedere a Nexus e si è pronti a lavorare, focalizzandosi sulla progettazione.

Il calcolo sfrutta un hardware all'avanguardia con una selezione dei macchinari ottimizzata per costi e velocità. Non vi è praticamente alcun limite al numero di simulazioni che i tecnici possono eseguire contemporaneamente, garantendo l'assenza di colli di bottiglia. Oggi Nexus Compute supporta già l'esecuzione delle seguenti tecnologie per solutori: MSC Nastran, Actran, Marc e Cradle Software (scSTREAM e scFLOW).

In particolare per le piccole e medie imprese (PMI), Nexus Compute offre la possibilità di spostare le simulazioni dal tradizionale ambiente desktop a sistemi HPC su larga scala.

 

 

Desktop
(8 Core, 32 GB RAM)

Nexus Compute

(32 Core, 448 GB RAM)

Tempo di esecuzione solutore

45m:09s

6m:04s

Tabella 1. Nexus Compute ha ottenuto un incremento delle prestazioni di circa 7 volte nel tempo di esecuzione del solutore rispetto a quello del desktop.

 

La tabella mostra i risultati di un modello di riferimento scFLOW con 14 milioni di elementi, dimostrando la scalabilità del tempo di esecuzione di Nexus Compute rispetto a quello di un tipico hardware desktop per lo stesso modello.

Nexus Compute non solo consente agli utenti di accedere a più core, a più memoria e a un'archiviazione locale superveloce (tutti elementi che contribuiscono a influire positivamente sulle prestazioni di calcolo dei modelli di grandi dimensioni), ma offre anche una capacità infinitamente flessibile che consente agli utenti di eseguire tutti i lavori che servono contemporaneamente. Ciò è particolarmente utile quando i tecnici vogliono confrontare alternative di progettazione o esplorare un intero spazio di progettazione e devono utilizzare una grande quantità di risorse di calcolo simultaneamente. È ovvio che questa modalità di utilizzo non è affatto possibile sul desktop.

"Con MSC Nastran mi occorrono solo 1,5 ore di simulazione su Nexus Compute mentre prima ci volevano 25 ore per eseguire la stessa simulazione sul mio laptop a 8 core. Nexus Compute velocizza il mio tempo di sviluppo di 6 o 7 volte. Ciò significa che la stessa quantità di tempo di sviluppo mi consente di aumentare la quantità di analisi eseguite da 5 a 6 volte, ottenendo un progetto affidabile."
Dzanko Hajradinovic
Tecnico di simulazione senior
G&W Electric   

Il processo è semplice grazie all'interfaccia utente intuitiva. Gli utenti devono semplicemente caricare i file di input necessari per eseguire la simulazione: Nexus Compute rileva in automatico il formato del file di ingresso e suggerisce una serie di configurazioni di macchina consigliate e impostazioni di esecuzione tipiche. L'invio di un lavoro è a portata di clic. I tecnici possono quindi monitorare l'esecuzione della simulazione in tempo reale, rivederla e scaricare il file di uscita al termine per analizzarlo.

I dati gestiti su Nexus sono organizzati in progetti e documenti il cui accesso può essere condiviso con altri membri della stessa organizzazione. Questo permette a più stakeholder e colleghi di condividere modelli e risultati di simulazione e di collaborare su dati centralizzati.

Abbiamo ricevuto un riscontro estremamente positivo da parte dei partecipanti al programma pilota Nexus Compute. Alcuni ravvisano il potenziale dell'utilizzo di modelli molto più grandi a un costo moderato. Altri prefigurano la scalabilità per molte varianti di progetto e ottimizzazioni. Molti stanno considerando Nexus Compute come la soluzione per passare al cloud quando la capacità di calcolo interna è esaurita. Quali sono i prossimi passi?

Nexus Compute sarà disponibile nel quarto trimestre del 2023. 


Per ulteriori informazioni, visitate il sito nexus.hexagon.com.

Figure 2. An intuitive user interface to configure a simulation job.

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