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    數據中心/云端

    借助 NVIDIA GPU 從 Luminary Cloud 的工程模擬中更快地獲得見解

    工程模擬跨行業應用,以加速產品開發。模擬用于檢查飛機、汽車和建筑物的安全性,確保您的手機隨時隨地都有信號,并最大限度地擴大新款電動汽車的行駛范圍。它減少了對昂貴且耗時的物理測試的需求,并使工程師能夠更快地迭代改進設計。

    遺憾的是,運行復雜的模擬也需要大量的高性能計算(HPC)資源,并且會耗費大量時間。

    Luminary Cloud, 一 NVIDIA Inception?程序面向初創公司的成員,從一開始就利用最新的云和 NVIDIA GPU 技術進行開發,從而消除組織的計算負擔并加速這些模擬。

    在本文中,我將討論在各行各業中更廣泛地采用模擬所面臨的挑戰,以及 Luminary Cloud 如何使用最新的云和 NVIDIA GPU 加速計算來應對這些挑戰。我還將討論與Joby Aviation的真實案例研究。

    計算流體動力學的挑戰

    在計算流體動力學(CFD)領域,復雜的模擬塑造了工程和科學進步的未來,但仍然存在一些挑戰,阻礙了廣泛采用。

    近期調查重點介紹了以下挑戰:

    • 模擬周轉時間:典型的 CFD 項目可能需要大量時間:數周(36.2%)、數月(22.3%)或連續(24.5%)。
    • 模擬魯棒性:CFD 軟件中期望的主要改進包括模擬魯棒性、自動網格能力、準確性和良好的價格性能比。
    • 模型準備:在某些情況下,設置 CFD 模擬可能需要幾個月的時間。不足的模型準備是一項重大挑戰(44%).
    • 成本:?50% 的非用戶認為高昂的許可成本是采用 CFD 軟件的主要障礙。預算限制是切換軟件最具挑戰性的因素。

    加速模擬

    GPU 的加速處理能力在量子計算、氣候科學、金融工程和人工智能領域開辟了新的視野。其遠-reaching 應用使企業能夠實現比僅使用 CPU 的處理速度快 up to 1K 倍的處理速度。

    CFD 是一個特別受益于 NVIDIA GPU 加速計算能力的領域,與基于 CPU 的傳統計算相比,其加速超過 30 倍。有關更多信息,請參閱 NVIDIA GPU 加速驅動的計算流體動力學革命

    云端的 HPC

    CFD 面臨的挑戰之一是對 HPC 資源的訪問。支持工程開發計劃的計算資源很少是固定不變的。在設計周期期間,模擬需求會在階段和程序之間達到峰值或下降。這會導致計算能力效率低下,在階段之間保持空閑狀態,并延遲在設計階段等待資源的模擬工作。

    云提高了速度和敏捷性,因為分布式用戶可以在需要時輕松訪問強大的 HPC 資源。利用云的彈性還使公司能夠正確調整其日常 HPC 資源,從而提高成本效率并縮短時間到市場。

    云資源還使公司能夠利用內部可能無法提供的 NVIDIA GPUs 等最新硬件。SaaS 方法可以增強協作,因此分布在全球的多個用戶可以訪問模擬,而無需低效的數據傳輸、同步或單獨專用許可證。

    Luminary Cloud 的解決方案

    Luminary Cloud 是一種多物理解決方案,目前支持用于流體流動物理的 CFD 和用于熱管理的 conjugate heat transfer (CHT).該公司通過開發一種新型 computer-aided engineering (CAE) 工具,同時解決了上述挑戰。其基于云的 SaaS 平臺隨時準備重新定義計算工程的格局,提供前所未有的近乎實時的工程體驗。與使用協作式文檔編輯軟件非常相似,Luminary Cloud 的平臺為客戶提供了一個無縫交互的平臺。

    Luminary Cloud 基于 AI 的工程設計 copilot Lumi AI 可減少工程師在設置和模擬方面花費的時間,以便他們可以將更多時間用于分析和優化。例如,Lumi Mesh Adaptation 通過智能調整計算網格來取代傳統的繁瑣網格生成步驟,從而提高準確性和效率。

    Digital simulation in the Lumi Mesh Adaptation dashboard.
    圖 1. 在 NASA C608 Low Boom Jet 上使用 Lumi Mesh Adaptation 生成的 AI 網格
    Screenshot of the simulation platform showing flow around battery modules packed within an enclosure.
    圖 2.電池模組流的 CHT 模擬

    Luminary Cloud 專門構建了 CAE 平臺,以利用多節點 NVIDIA GPU 加速計算。 其他 CAE 工具是為多節點 CPU 集群構建的,而現在,這些工具的一個子集正在被移植以使用 NVIDIA GPU 加速。

    那么,當 GPU 和云計算技術革命結合在一起時,會發生什么情況呢?它們形成了一種強大的組合,其價值超過其各個部分的總和。通過將 GPU 分配引入廣泛使用的云服務 (例如 Google Cloud),您的企業可以提高產品的工作流程效率,同時受益于根據獨特預算定制的適應性強的即用即付定價。

    Graphic showing traditional simulation vs Luminary Cloud. Luminary is a single, GPU-native, SaaS-scalable application, while the local on-premises server may have long wait times, constrained resources, and a fragmented workflow between multiple apps.
    圖 3. 傳統模擬 對比 Luminary Cloud 平臺

    其中一個突出特征是并行(多 GPU 和多節點)運行的閃電般快速的模擬,極大地減少等待時間,并使工程師能夠專注于真正重要的事情:在時間和成本限制內實現設計目標。Luminary Cloud 相比傳統方法,速度提高了超過 100 倍。

    在 Luminary Cloud 的演示中,他們并行運行了 20 個模擬,每個模擬都使用具有 40M 個控制體積 (CVs) 的網格,并使用少量 GPUs 在不到兩分鐘的時間內完成。Luminary Cloud 還使用 40 個 NVIDIA A100 GPUs 在起飛期間使用 150M CVs 在完整的飛機幾何圖形上運行了穩態 Reynolds 數平均值 Navier-Stokes (RANS) 計算,大約在七分鐘內完成!同樣的計算也需要 2–3K 個核心在 6–8 小時之間完成。

    該工具采用自動 GPU 分配的形式,易于使用,確保針對每個任務優化資源,從而進一步提升吞吐量的這一飛躍。

    案例研究:Joby 航空

    Picture of a Joby Aviation eVTOL aircraft hovering just above the ground.
    圖 5.Joby Aviation eVTOL 飛機

    Joby Aviation 提供了一個真實示例,展示了 Luminary Cloud 平臺和 NVIDIA GPUs 的組合功能。Luminary Cloud 平臺使 Joby 能夠快速評估新設計,并只追求最有前景的概念。

    您可以在幾分鐘內完成完整的飛機配置并運行。這讓您獲得了前所未有的置信度。您可以快速說出‘是的,這將會或不會工作’,”explained Joby 首席空氣動力學專家 Gregor Miki? 解釋道。

    NVIDIA GPUs 的計算能力在加快獲得見解方面發揮著關鍵作用,但 Luminary Cloud 的前端和后端工具套件也加速了預處理和后處理。

    例如,Joby Aviation 必須對飛機的配件部件進行快速迭代。速度對于認證過程中的風險管理至關重要。在認證過程中,如果等待一個月的時間來進行必要的重新設計,可能會延遲監管機構的批準,并最終導致收入增長。盡管時間緊迫,但使用傳統的計算流體力學(CFD)工具通常需要幾個月,因為預處理步驟復雜且計算時間長。

    幸運的是,通過使用 Luminary Cloud,Joby Aviation 能夠以 10 倍的工程師工作效率完成任務。

    率先推出電動空中出租車的潛在回報是巨大的,Luminary Cloud 很自豪能夠支持 Joby 開發和引入這項技術。

    基于云的 CAE 優勢

    Luminary Cloud 的解決方案應該在 CAE 領域的任何人都可以關注。它提供了新穎的實時工程體驗,促進了高度交互的模擬,從而顯著加快工程流程。Luminary Cloud 還提供了一系列建模方法,從 RANS 到 wall-modeled, large eddy simulation (WMLES),以便您可以根據項目的時間限制選擇合適的準確度級別。

    Luminary Cloud 的系統專為加快并行模擬速度而設計,縮短等待時間,使工程師能夠高效處理復雜任務。其用戶友好型界面,類似 Google Docs,注重簡單易用,確保提供無干擾的體驗。

    通過選擇 Luminary Cloud,您不僅可以提高生產力,還可以探索計算工程的新前沿,所有這些都由 Google Cloud 中提供的最新技術提供支持。借助 NVIDIA GPUs 的強大組合和 Google Cloud 提供的一系列優勢,Luminary Cloud 為計算工程提供了獨特而強大的選擇。

    如需了解有關 Luminary Cloud 的更多信息,請參閱 High-Performance Computing for Realtime Engineering 解決方案簡介。您還可以在 NVIDIA Developer Forums 中更深入地了解加速計算。

    了解 NVIDIA Inception?計劃如何通過免費福利和支持幫助初創公司創新和增長。

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