從1998年發(fā)布首個(gè)版本至今,COMSOL一直在持續(xù)進(jìn)化,如今它已經(jīng)有了30多個(gè)針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)模塊,涵蓋力學(xué)、電磁場(chǎng)、流體、傳熱、化工、MEMS、聲學(xué)等專業(yè)學(xué)科,并可以將不同的物理問題關(guān)聯(lián)起來(lái),方便研究不同物理過程之間的相互作用。
越來(lái)越多Nature、Science及其子刊論文都用到了COMSOL模擬。
今天我們以一個(gè)高校用戶為例,講講我們?cè)贑OMSOL實(shí)際運(yùn)用過程中,除了速度和效率的提升外,還幫他們解決了哪些問題?
比如:
Windows還是Linux?
這是個(gè)問題關(guān)于多機(jī)并行,有多少種不同的打開方式
一旦用了外部資源,比如超算,本地機(jī)器閑置了,就問你心不心疼?
本地環(huán)境維護(hù),就問你操不操心?
老師的需求:既要,又要,還要,一把滿足,這真實(shí)嗎?
……
所以,現(xiàn)在可以發(fā)Nature了嗎(劃掉)
用戶需求
某高校課題組有5臺(tái)工作站,雖然機(jī)器比較老舊,但平時(shí)大家協(xié)商著劃分時(shí)間輪流跑任務(wù),甚至還有排半夜的。整體來(lái)說(shuō),資源也勉強(qiáng)夠用。
最近該課題組新增了幾名成員,并申請(qǐng)到了幾個(gè)科研項(xiàng)目,需要使用COMSOL做大量仿真計(jì)算,這就直接導(dǎo)致了計(jì)算資源捉襟見肘。
現(xiàn)在的問題點(diǎn)主要有三個(gè):
1、人多了,難管理,資源利用率整體很低;
2、他們也用過超算,但是資源是共享的,有隨時(shí)被搶走的風(fēng)險(xiǎn),心里沒底,而且沒法跟本地連到一起來(lái)用;
3、本地的各種維護(hù)工作,應(yīng)用升級(jí),安裝配置等工作非常繁瑣,需要耗費(fèi)大量時(shí)間手工操作。
實(shí)證目標(biāo)
1、COMSOL任務(wù)能否在云端跑得更快?
2、fastone平臺(tái)的云解決方案能否同時(shí)利用好課題組的本地資源?
3、fastone平臺(tái)的資源能否提供更大的用戶權(quán)限?
4、fastone平臺(tái)能否將各種維護(hù)工作降到最低?
實(shí)證參數(shù)
平臺(tái):fastone企業(yè)版產(chǎn)品
應(yīng)用:COMSOL Multiphysics
場(chǎng)景:電磁場(chǎng)分析、風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪音分析、HVAC導(dǎo)管流線分布等
系統(tǒng):Windows/Linux
云端配置:計(jì)算優(yōu)化型實(shí)例/網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)型實(shí)例
架構(gòu)圖:
實(shí)證過程
一、Windows還是Linux?這是個(gè)問題
COMSOL同時(shí)支持Windows和Linux系統(tǒng)的集群計(jì)算。用戶一直使用的是較為熟悉的Windows版本。
現(xiàn)在,讓我們默念三遍:Windows的世界,一切都要錢的。
單機(jī)跑的情況下,這不是什么大問題。但一旦涉及到多機(jī)多核運(yùn)行任務(wù),問題就大了。
比如:主流云廠商對(duì)不同操作系統(tǒng)鏡像有不同的定價(jià)方式。整體來(lái)說(shuō),通過Windows系統(tǒng)使用云資源價(jià)格比Linux系統(tǒng)要貴。
因此,使用Linux替換Windows也可以有效節(jié)省成本。
所有,都要錢。
總之,不是長(zhǎng)久之計(jì)。
而如何從Windows系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到Linux系統(tǒng)呢?
這就跟習(xí)慣了用Android系統(tǒng)的人,換成iOS一樣。一旦適應(yīng),操作就如絲般順滑。
為了確保這一點(diǎn),我們支持用戶在Linux系統(tǒng)中使用圖形化界面操作COMSOL任務(wù),用戶只需熟悉一下Linux的常用操作與工具(如瀏覽器、文本編輯器),即可在很短的時(shí)間內(nèi)上手,操作習(xí)慣幾乎無(wú)需改變。
而這也為今后用戶在Linux上多機(jī)集群化跑COMSOL打下了省錢的基礎(chǔ)。
二、多機(jī)并行,不同的打開方式?jīng)Q定了運(yùn)算效率 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),COMSOL的情況與Fluent類似。
當(dāng)核數(shù)較低時(shí),性能提升與核數(shù)基本成正比;而當(dāng)云端核數(shù)逐漸增加后,由于節(jié)點(diǎn)間通信開銷指數(shù)級(jí)上升,性能的提升會(huì)隨著線程數(shù)增長(zhǎng)逐漸變緩。關(guān)于如何解決節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換造成的通信開銷問題,可以參考Fluent和LS-DYNA這兩個(gè)應(yīng)用實(shí)證:
LS-DYNA求解效率深度測(cè)評(píng) │ 六種規(guī)模,本地VS云端5種不同硬件配置
怎么把需要45天的突發(fā)性Fluent仿真計(jì)算縮短到4天之內(nèi)?
下圖可以看到我們推薦用戶使用的網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)型實(shí)例對(duì)比計(jì)算優(yōu)化型實(shí)例的效果。
基于Linux系統(tǒng)多機(jī)模式計(jì)算,在云端使用16-96核不等的計(jì)算資源運(yùn)行兩組COMSOL任務(wù),可以觀察到當(dāng)計(jì)算資源線性增加時(shí),任務(wù)耗時(shí)呈線性減少。
網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)型實(shí)例可以有效解決COMSOL任務(wù)通信開銷問題。
fastone平臺(tái)可以根據(jù)用戶需求和任務(wù)特性,為用戶推薦最適配的云端配置。
甚至,我們的Auto-Scale功能可以根據(jù)不同的用戶策略,比如成本最優(yōu)還是時(shí)間優(yōu)先,自動(dòng)化跨區(qū)、跨類型為用戶調(diào)度云資源,完成計(jì)算任務(wù)。
至于不同策略具體怎么落地執(zhí)行?
相比時(shí)間優(yōu)先策略,成本優(yōu)先怎么做到降低成本最多達(dá)67%-90%?
在這篇實(shí)證《生信云實(shí)證Vol.3:提速2920倍!用AutoDock Vina對(duì)接2800萬(wàn)個(gè)分子》里體現(xiàn)得十分明顯。
而即便是比拼單機(jī)性能,由于云上機(jī)型更新速度快,相比課題組本地老舊的工作站單機(jī)性能也提升了超過三分之一。
關(guān)于單機(jī)和多機(jī)計(jì)算背后的詳細(xì)原理和意義,可以參考VCS應(yīng)用實(shí)證《EDA云實(shí)證Vol.7:揭秘20000個(gè)VCS任務(wù)背后的“搬桌子”系列故事》
云上資源的更新有多快?看這篇《國(guó)內(nèi)超算發(fā)展近40年,終于遇到了一個(gè)像樣的對(duì)手》
三、多人并行又是個(gè)什么東西?
多機(jī)并行有了,多人并行又是個(gè)啥?
如果在本地工作站場(chǎng)景,多人并行就是幾臺(tái)機(jī)器就是幾個(gè)人用唄。使用我們平臺(tái),用戶數(shù)量和機(jī)器數(shù)量不再直接掛鉤。更不用說(shuō)云端無(wú)限資源帶來(lái)的幾乎無(wú)限的人員擴(kuò)容空間了。
這就不可避免地涉及到了權(quán)限和角色管理的問題。fastone平臺(tái)的權(quán)限和角色管理功能,支持管理員角色對(duì)每一個(gè)用戶進(jìn)行相關(guān)權(quán)限設(shè)定,包括預(yù)算使用上限和CPU核數(shù)使用上限。
多機(jī)并行+多人并行,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是,要啥有啥。
四、本地云端統(tǒng)一平臺(tái),既不操心,又不心疼,還劃算,還簡(jiǎn)單
1、當(dāng)然是大大優(yōu)化整體效率。
由于課題組在平臺(tái)上跑的應(yīng)用遠(yuǎn)不止COMSOL一種,fastone平臺(tái)可對(duì)不同應(yīng)用、不同資源、不同成員的使用情況進(jìn)行整體監(jiān)控與評(píng)估,并為課題組提供合理化建議,極大地提升了整體效率。
2、本地工作站不再閑置,用滿不心疼
課題組導(dǎo)師覺得放著本地工作站不用簡(jiǎn)直就是“浪費(fèi)”。在獲取外部資源的同時(shí),還是希望能夠?qū)⒈镜氐墓ぷ髡举Y源給充分利用起來(lái),不然可太心疼了,畢竟當(dāng)年也是花大價(jià)錢買來(lái)的。
我們?yōu)檎n題組提供了一個(gè)混合云平臺(tái)。
當(dāng)用戶處理日常任務(wù)時(shí),可以只在本地運(yùn)行。
而當(dāng)本地資源不足以應(yīng)付時(shí),直接自動(dòng)連接云端海量資源進(jìn)行運(yùn)算,操作相當(dāng)方便,完全不改變用戶的操作習(xí)慣。
3、本地軟硬件資源維護(hù),不用操心
課題組的本地環(huán)境是需要持續(xù)維護(hù)的。有老師跟我們吐槽說(shuō),一天天地忙著維護(hù)環(huán)境,整得跟運(yùn)維工程師一樣了,太耽誤事兒。想找學(xué)生幫忙吧,他們很多也不懂啊~老師們的碩博后們也苦不堪言,本專業(yè)要學(xué)的東西已經(jīng)多到爆炸,又要理論還要搞實(shí)驗(yàn),還要學(xué)大量計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)……
我們的云上運(yùn)行環(huán)境都是自動(dòng)化配置的,不需要人工干預(yù),用戶還可以通過平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控,方便易操作。
五、超算,是完美的解決方案嗎?
1、超算資源是無(wú)法與本地資源做成一個(gè)整體平臺(tái),統(tǒng)一管理的。所以,既沒有整體監(jiān)控和管理,又沒有混合云,還沒有自動(dòng)化維護(hù)。
當(dāng)然,Auto-scale也肯定沒有。
下圖是開啟Auto-Scale功能后,用戶某項(xiàng)目一周之內(nèi)所調(diào)用云端計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)情況。
2、不同于超算的共享模式,我們提供的是絕對(duì)不會(huì)被搶走的獨(dú)占資源。
這點(diǎn)可太重要了:
1)云資源在任何情況下都不用會(huì)被搶走。而超算由于要優(yōu)先服務(wù)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目,在某些情況下,即便已經(jīng)分配到的超算資源,也有可能會(huì)被無(wú)條件收回;
2)可根據(jù)用戶的習(xí)慣和應(yīng)用的特性自由選擇操作系統(tǒng),沒有任何限制;
3)提供完全開放的管理員權(quán)限,應(yīng)用安裝靈活,且fastone針對(duì)市面上常見企業(yè)級(jí)應(yīng)用均進(jìn)行過云原生優(yōu)化,可隨時(shí)提供技術(shù)指導(dǎo);
4)用戶可隨時(shí)安裝所需的依賴組件。
5)獨(dú)占資源,安全。
關(guān)于超算與云計(jì)算在整體規(guī)模、使用體驗(yàn)、計(jì)費(fèi)方式、商用門檻、更新周期、合作生態(tài)、云端支持等方面的全方位對(duì)比,可以掃碼添加小F獲取完整版白皮書。
實(shí)證小結(jié)
1、fastone平臺(tái)完美支持COMSOL的基于不同用戶策略的多機(jī)和多人并行,可大大提升任務(wù)效率;
2、fastone支持搭建本地云端統(tǒng)一的混合云平臺(tái),完全不浪費(fèi)本地資源,本地資源不足時(shí)自動(dòng)溢出到云端,操作還簡(jiǎn)單,提高整體效率;
3、fastone平臺(tái)提供獨(dú)占資源,絕不會(huì)被搶走,開放管理員權(quán)限,安全靈活;
4、fasonte平臺(tái)環(huán)境完全自動(dòng)化配置,無(wú)需手動(dòng)維護(hù),省事。
本次CAE行業(yè)Cloud HPC實(shí)證系列Vol.11就到這里了。下一期的CAE云實(shí)證中,我們聊Abaqus。
高效、方便、安全、穩(wěn)定、省錢……我們對(duì)于高校科研的提升遠(yuǎn)不止于此,更多有關(guān)fastone高校科研云平臺(tái)的疑問與解答
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關(guān)于fastone云平臺(tái)在其他應(yīng)用上的具體表現(xiàn),可以點(diǎn)擊以下應(yīng)用名稱查看:
HSPICE │ Bladed │ Vina │ OPC │ Fluent │ Amber │ VCS │ LS-DYNA │ MOE Virtuoso
- END -
我們有個(gè)為應(yīng)用定義的CAE云仿真平臺(tái)
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跑任務(wù)快,原來(lái)幾個(gè)月甚至幾年,現(xiàn)在只需幾小時(shí)
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在 FlexNet 上運(yùn)行的 COMSOL License Manager 是一款軟件,它允許通過浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何計(jì)算機(jī)上使用 COMSOL Multiphysics。只要您有足夠的浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證,任意數(shù)量的用戶都可以在運(yùn)行許可證管理器的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)上同時(shí)訪問 COMSOL Multiphysics。如果您在 Linux 操作系統(tǒng)上運(yùn)行 COMSOL Multiphysics,則無(wú)論許可證類型如何,始終需要許可證管理器。在其他一些情況下,還需要許可證管理器;有關(guān)詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱《安裝指南》。如果您在文本編輯器中打開.dat許可證文件,并且許可證詳細(xì)信息的第一行不以“SERVER”開頭,則您的許可證不需要許可證管理器。?????
許可證管理器通常由網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置,可以在帶或不帶 COMSOL Multiphysics 的系統(tǒng)上運(yùn)行。在您購(gòu)買需要許可證管理器的許可證后,COMSOL 將向您發(fā)送電子郵件,要求您提供以.dat格式生成許可證文件所需的信息,即要安裝許可證管理器的計(jì)算機(jī)的主機(jī)名和主機(jī) ID。許可證管理器只能在具有匹配主機(jī)名和主機(jī) ID 的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。?
注意:在Windows和macOS上安裝的過程是相似的。本文使用 Windows 來(lái)展示該過程;但是,解釋了顯著的差異。本指南中的說(shuō)明不是特定于版本的,適用于最新版本的 COMSOL Multiphysics 的安裝。???
CAE云實(shí)證Vol.11:這樣跑COMSOL,是不是就可以發(fā)Nature了
要下載安裝程序,您首先需要登錄或創(chuàng)建您的 COMSOL Access 帳戶,然后向其添加許可證。
許可證管理器使用與 COMSOL Multiphysics 相同的安裝程序軟件。打開安裝程序后,您可以選擇要安裝的內(nèi)容???sup>?如何安裝 COMSOL Multiphysics?了解更多信息。
注意:如果愿意,您可以在此知識(shí)庫(kù)頁(yè)面上僅下載許可證管理器的二進(jìn)制文件。
COMSOL 網(wǎng)站上的 COMSOL Access 登錄頁(yè)面,您可以在其中登錄或創(chuàng)建 COMSOL Access 帳戶。
COMSOL Access 主頁(yè),登錄后您將登陸該主頁(yè)。
Add or manage your licenses on the Manage Licenses page.
將一個(gè)或多個(gè)許可證添加到 COMSOL Access 后,請(qǐng)導(dǎo)航到 comsol.com/product-download。單擊適用于您的操作系統(tǒng)的下載按鈕:Windows、Linux、macOS Intel 或 macOS M1。??
顯示 Windows、Linux、macOS Intel 和 macOS M1 的下載按鈕的下載頁(yè)面。??
下載安裝程序后,您可以按照安裝向?qū)У闹甘就瓿砂惭b過程。在安裝完成后,COMSOL軟件將在您選擇的安裝位置上被成功安裝。
注: 許可證管理器選項(xiàng)卡僅顯示在為其創(chuàng)建許可證文件的計(jì)算機(jī)上;因此,許可證管理器只能安裝在該計(jì)算機(jī)上。
使用浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證時(shí),COMSOL Multiphysics 需要與許可證管理器保持通信。安裝許可證管理器的計(jì)算機(jī)應(yīng)在許可證管理器運(yùn)行的情況下保持打開電源,以避免出現(xiàn)問題。?
您可以通過打開任務(wù)管理器(快捷方式:Ctrl+Shift+Esc)并單擊更多詳細(xì)信息來(lái)驗(yàn)證 Windows 中許可證管理器的運(yùn)行狀態(tài)。在“服務(wù)”選項(xiàng)卡下,找到 COMSOL 許可證管理器。然后,驗(yàn)證許可證管理器服務(wù)是否在“狀態(tài)”列中運(yùn)行。?
檢查許可證管理器是否正在運(yùn)行的另一種方法是在安裝文件夾中打開LMTOOLS應(yīng)用程序(例如,C:\Program Files\COMSOL\COMSOL60\Multiphysics\license\win64),您可以在其中找到狀態(tài)以及其他許可證管理器設(shè)置。
如果許可證管理器未運(yùn)行,我們建議您參考完整的COMSOL Multiphysics 安裝指南?或聯(lián)系 COMSOL 支持。
注: 要驗(yàn)證 macOS 上許可證管理器的狀態(tài),請(qǐng)啟動(dòng)活動(dòng)監(jiān)視器并檢查進(jìn)程列表中的供應(yīng)商守護(hù)程序 (“LMCOMSOL”) 和許可證管理器 (“l(fā)mgrd”)。
在任務(wù)管理器中,單擊更多詳細(xì)信息(左)將打開詳細(xì)信息窗口(右),您可以在其中的“服務(wù)”選項(xiàng)卡下找到 COMSOL 許可證管理器的狀態(tài)。
接下來(lái),您將準(zhǔn)備在您希望用戶訪問該軟件的網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)計(jì)算機(jī)(包括服務(wù)器)上安裝 COMSOL Multiphysics。COMSOL Multiphysics 的安裝程序與許可證管理器的安裝程序相同。您需要確定要在哪些設(shè)備上安裝 COMSOL Multiphysics 以及用于連接到許可證管理器的方法。繼續(xù)下一部分,了解使用浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證時(shí)的建議,或參閱???如何安裝 COMSOL Multiphysics?對(duì)于替代方法。用戶將能夠在任何安裝了該軟件的機(jī)器上訪問 COMSOL Multiphysics,前提是有足夠的可用浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證席位。?
當(dāng)您使用浮動(dòng)網(wǎng)絡(luò)許可證并開始安裝 COMSOL Multiphysics 時(shí),建議您以主機(jī)名和端口號(hào)的形式輸入許可證信息。如果您的管理員未向您提供主機(jī)名和端口號(hào),您可以通過在文本編輯器中打開.dat許可證文件來(lái)找到這些詳細(xì)信息。?
(如果許可證詳細(xì)信息的第一行不以“SERVER”開頭,請(qǐng)不要使用主機(jī)名和端口號(hào)來(lái)安裝 COMSOL Multiphysics;相反,請(qǐng)參考?如何安裝 COMSOL Multiphysics?獲取安裝 COMSOL Multiphysics 的一般說(shuō)明。)?
在文本編輯器中打開的示例許可證文件,突出顯示主機(jī)名和端口號(hào)。COMSOL 許可證管理器要求您提供主機(jī)名和端口號(hào),以表明您擁有有效的許可證,并允許 COMSOL Multiphysics 在您網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。?
END -
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花費(fèi)4小時(shí)5500美元,速石科技躋身全球超算TOP500