■型創科技 / 羅偉航 應用工程師
前言
在做了許多不同類型、製程的CAE專案後，對於CAE的計算速度上有了一些實踐經驗。有很多工程師會認為，使用越多的核心進行並行運算，速度就會越快，把越多的服務器或電腦串起來同時跑一個專案，速度就會越快。但實際上這些做法是不對的。本文主要對CAE工程師提供一些硬體和計算參數上的建議。
各硬體對CAE計算的作用
首先我們得弄清楚，一台服務器中，不同硬體對CAE分析都有什麽作用。
- 處理器(CPU)
處理器是一台電腦的大腦，也是一個專案分析快慢的核心硬體。此處建議選擇核心數目高的、處理器基本頻率高的處理器。
- 內存(RAM)
內存的大小對於能做多大網格規模的專案有影響，大的內存可以支持更大網格規模的專案，以及影響後處理的處理速度。建議百萬級別的網格規模，使用64GB以內的內存便足夠，千萬級別的網格規模則需要具體評估，建議使用64GB以上的內存。
- 存儲
存儲有分機械硬盤和固態硬盤(SSD)，固態硬盤的讀寫速度會更快，一般建議CAE軟體安裝在固態硬盤中，但大容量的固態硬盤價格較貴，所以低預算使用者分析後的專案也可存在機械硬盤中。機械硬盤建議配置CMR垂直盤，不建議用SMR叠瓦盤（雖然比較便宜，但正常使用讀寫的情况下，壽命一般只有兩年，本人用壞過兩塊，過了2年保修期後便很容易壞掉，一般只存不重要的數據）。
- 網卡(NIC)
如果使用遠端計算，或多台服務器串聯，以叢集計算的方式進行分析，則對網卡也有要求。在網絡帶寬足夠的情况下，建議配置萬兆網卡。避免數據傳輸時間太長。
由於顯示卡(GPU)的配置高低對CAE分析不起加速作用。所以顯示卡可以直接使用CPU自帶的核顯，或NVIDIA Quadro系列的繪圖顯卡。
關於計算速度的問題
使用越多核心數，分析速度越快？
這種說法不準確，假設現在要計算一個1萬網格的專案，使用4個核心計算的速度可能比32核心計算的速度要快。如果是20萬的網格，可能4核心計算速度和32核心計算速度差不多。但如果是百萬級別、千萬級別的網格，這時候32、64核心和8、16核心的計算速度差異才能體現出來。因為多核心在進行平行運算時（以32核心為例），首先需要將模型進行區域分割，將模型的計算區域分配給每個核心的計算節點。即需要先分成32份子區域來計算，且在平行運算中，資料會在子區域之間頻繁的交換，而這種數據交換會影響整體計算的速度。因此計算效率和資料交換的速度以及交換的資料量有直接關聯。所以如果網格量較少的專案，更推薦使用少量的核心進行計算。百萬級別以上的網格，這個就需要根據求解配置、模型複雜程度來對比研究使用多少個核心計算。
核心數、線程數的區別
對於CAE來講，分析速度主要與CPU的內核數目有關，而在打開超線程的狀態下，如32核心的電腦，會有64條線程數。此時分析參數會顯示最高可用64數目進行計算。這種狀態下，我建議就用32核心進行計算。只用核心數計算90%是最具效率的，在某些情况下，可能48線程速度會略快，但這和CPU、內存有關，沒有普遍性。因此如果你不太熟悉電腦硬體，建議就以核心數目作為上限進行計算。
是否需要關閉超線程？
這個同樣是有爭議的一點。打開超線程，不同的CPU、內存下的結果可能都不一樣。如32核心的電腦，關閉超線程，使用32數目進行分析，則CPU會一直處於滿載狀態，此時電腦可能會變得很慢很卡頓。而如果打開超線程，使用32數目進行分析，則CPU會剩下10~20%的資源，電腦可以處理其他工作。而兩者的分析速度幾乎相同或超線程稍慢一點。此處建議如果是多人使用的計算節點，建議關閉超線程。如果是個人使用，可不關閉，自行調整。
1台雙路CPU服務器還是2台單路CPU服務器
假設1台16核的服務器效能為1的話，1台雙路CPU（16核+16核）的效能大概為1.8，而兩台16核CPU組成的服務器組的效能由於需要通過網絡傳輸交換數據，最終可能只有1.5。而塔式服務器串接的服務器組，效率會比機架式服務器串接的服務器組更差。因此如果需要做服務器組，建議用機架式服務器，且網卡的配置也需要跟上。
系統對計算速度的影響
相同配置下，Linux系統比Windows系統的計算速度更快。但Linux系統只能作為計算節點運算，前後處理仍需要Windows系統下的CAE軟體進行。
桌面級CPU和服務器級CPU
以Intel的CPU為例，服務器級的CPU如至强系列，核心數可更高，可支持更大的內存，且更穩定。所以如果是專業分析的企業，首選是服務器而非個人電腦(PC)。如果你的預算不高或分析的專案比較簡單，那麽桌面級的CPU如酷睿系列，也是不錯的選擇。但此處需要注意的是，如果僅作為分析運算的話，建議選擇酷睿11代或以前的CPU，因為12代開始使用「大小核」的架構，將CPU核心分為性能核(Performance-core)和能效核(Efficient-core)，如24核心數的i9第13代CPU，含有8個性能核以及16個能效核。當使用多核心進行平行運算時，有時會出現只有性能核滿載，能效核不運算的問題。該情况下，分析速度會異常慢甚至完全停滯。後續本人有嘗試用其他軟體解决能效核不運算的問題，但由於兩種核心的單核心運算速度不一，造成了用（8性能核+8能效核）分析反而比8性能核分析要慢。因此如果非專業者，建議使用服務器或11代前的酷睿CPU。
寫在最後
這篇文章雖然不是射出模具相關知識，但卻是讓很多CAE使用者都頭痛過的問題。花了大價格配置的服務器，結果分析速度提升不明顯。或用多核心分析低網格的專案，資源分配不合理。作為一名CAE工程師，除了要瞭解前後處理、結果判讀、射出工藝等專業技能外，仍需對硬體的作用、軟體的計算參數及求解方法有所瞭解，這樣會更有利於工程師合理分配資源。對於這些問題，希望這篇文章能夠有所解答，有不正確的地方歡迎指正。
