2016高性能计算机技术_高性能计算机课_曙光高性能计算机(2)

根据求解算法的不同，CAE分析软件总体上可以分为隐式和显式两类。采用隐式算法的软件主要有ABAQUS/Standard、ANSYS、MSC.NASTRAN等，适合求解静力、模态、屈曲等问题；采用显式算法的软件主要有ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH等，适合求解接触、碰撞、冲击等问题。

从对计算资源的需求来说，隐式解法的基本特点是内存占用多、磁盘IO大、进程通信量大，因此，隐式解法要求系统的内存容量大、访存带宽高、磁盘IO速度快、通信延迟低；相对而言，显式解法对内存、磁盘IO和通信延迟的要求要低一些。

从软件的扩展性上来说，隐式算法和显式算法有明显的区别。采用隐式算法的软件，扩展性比较差，计算性能在8-16 CPU以上就很难获得进一步的提升；而采用显式算法的软件，扩展性就要好得多，在64-128 CPU以内都能获得较好的并行性能。

从并行技术的角度来说，隐式算法通常采用OpenMP或者Pthreads等共享内存的方式实现，而显式算法通常采用MPI或者PVM等消息传递方式实现。曙光高性能计算机采用共享内存方式的优点是实现容易，性能较高，但只能运行在SMP结构的服务器上；而消息传递方式则可适用于SMP或者DMP结构的服务器上。不过，随着集群计算的发展，SMP平台上的大多数算法也已移植到了DMP平台上，虽然并不完全。比如ABAQUS/Standard的Direct求解器和Lanczos特征值求解器就只支持Threads模式，因此必须采用SMP平台才能实现并行计算。

显式算法和隐式算法的比较

三、CAE硬件平台的选择

CAE硬件平台的选择对CAE项目的成功实施至关重要，它直接影响到CAE项目的运行、管理和维护。对于用户来讲，往往是在软件选型已经完成之后，才开始考虑硬件选型。因此在硬件平台的选择上，必须综合考虑不同应用软件的特点，才能确定最佳配置方案。

3.1并行体系结构的选择

目前市场上的高性能服务器主要有共享内存的SMP和分布式内存的Cluster两种体系结构。在共享内存的系统中，所有的处理器通过公用的总线可以使用一个共同的物理内存空间，因此，每个CPU和其他CPU共享所有内存。常见的产品有SGI的Altix和Origin系列、HP的SuperDome系列等。在分布式内存的系统中，每个计算节点拥有属于自己的内存，不能由其他计算节点使用。节点之间由专用的高速通信网络连接，通过消息传递接口MPI进行通信。常见的产品有曙光天潮系列、联想深腾系列等。

采用共享内存的SMP架构的服务器，既可以支持OpenMP和Pthreads并行，也可以支持MPI和PVM并行，能够利用软件的所有并行功能。但SMP系统的价格相对而言较高，而且对于主要采用隐式算法的软件而言，最多只能利用8-16颗CPU，因此配置CPU数更多的SMP服务器并没有太大的意义，反而会造成投资的浪费。曙光高性能计算机

分布式内存的Cluster系统是近年来迅速普及的一种高性能服务器体系。集群是一组独立的计算机（节点）的集合体，节点间通过高性能的互连网络连接，可以协同工作并表现为一个单一的、集中的计算资源（单一系统映象）供并行计算任务使用。构建这类服务器的成本比较低，具有良好的性价比和可扩放性。集群作为当前高性能计算机的主流架构，在Top 500中占据了75%以上的份额。因此，当前主流的CAE软件都提供了对集群架构和MPI的支持。当前市场上的集群系统大多是采用4-8路的SMP服务器作为计算节点，因此也支持OpenMP。

3.2处理器类型的选择

处理器是CAE计算服务器的核心。当前用于高性能计算的处理器大体上可分为RISC架构和CISC架构两种类型。基于RISC架构的处理器主要有Power、MIPS、PA-RISC、SPARC等，基于CISC架构的处理器则有我们熟悉的Intel和AMD。CISC处理器以其性价比优势成为高性能计算机中的主流CPU，在Top 500中有75%以上的系统采用了CISC处理器。

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