HPC e Cloud

La base: un’architettura scalabile

COMSOL Multiphysics^® presenta un’architettura ottimizzata per i cluster, scalabile dalle workstation locali agli ambienti HPC aziendali e ai cloud. Una volta configurato il cluster una sola volta, il software ottimizza automaticamente i carichi di lavoro numerici per un hardware specifico. Questa capacità consente agli ingegneri di passare dalla prototipazione su desktop a cicli di produzione su larga scala senza modifiche manuali o ripetitive operazioni di messa a punto del cluster.

Scalabilità multicore o multiprocessore (parallelismo a memoria condivisa)

È possibile sfruttare appieno la potenza dell’hardware di una workstation fin da subito. COMSOL Multiphysics^® utilizza il parallelismo a memoria condivisa (tramite OpenMP^®) per distribuire automaticamente le attività di calcolo su tutti i core del processore disponibili. Questa parallelizzazione automatica si traduce in un immediato aumento delle prestazioni per modelli di grandi dimensioni e ad alta fedeltà, senza la necessità di alcuna configurazione software. Per il parallelismo a memoria condivisa su un singolo computer, non sono richiesti costi di licenza aggiuntivi per l’esecuzione su un numero illimitato di core del processore.

Scalabilità ad alte prestazioni (parallellismo a memoria distribuita)

È possibile superare i limiti fisici di una singola macchina sfruttando le risorse messe in comune da un cluster. Con una licenza di rete flottante (FNL), non sono richiesti costi di licenza aggiuntivi per l’esecuzione su un cluster di dimensioni illimitate. Utilizzando MPI per ripartire l’impronta di memoria e il carico computazionale di un modello su più nodi, COMSOL Multiphysics^® è in grado di eseguire simulazioni ad alta fedeltà con centinaia di milioni di gradi di libertà (DOF). Questa funzionalità consente agli utenti di eseguire raffinamenti estesi della mesh o di risolvere modelli multifisici grandi e complessi, purché sia disponibile hardware cluster sufficiente.

Ottimizzazione dell’efficienza hardware (parallellismo a memoria ibrida)

È possibile massimizzare la produttività computazionale combinando strategie di memoria condivisa e distribuita. Bilanciando il multithreading (tramite OpenMP^®) all’interno dei singoli nodi e il passaggio di messaggi (MPI) all’interno di un cluster, COMSOL Multiphysics^® riduce al minimo il sovraccarico di comunicazione di rete e ottimizza l’utilizzo dell’hardware. Questo approccio ibrido garantisce che le simulazioni scalino in modo efficiente sulle moderne architetture multi-core, fornendo tempi di elaborazione più rapidi e prestazioni prevedibili su risorse di calcolo su larga scala.

Calcolo ad alta produttività: gestione delle scansioni parametriche parallele

Il calcolo ad alta produttività consente una rapida esplorazione del progetto, spostando l’attenzione dalla risoluzione di un singolo modello di grandi dimensioni alla valutazione simultanea di migliaia di variazioni dei parametri. Su un’infrastruttura HPC, COMSOL Multiphysics^® offre diverse funzionalità di parallelismo delle attività. Il nodo Batch Sweep sfrutta l’integrazione nativa con scheduler quali SLURM^® o LSF^® per generare lavori batch separati per diversi valori dei parametri, garantendo che una singola variazione non convergente non blocchi l’intero studio. In alternativa, un Distributed Parametric Sweep raggruppa più valutazioni simultanee dei parametri in un unico grande processo MPI, il che può rivelarsi altamente efficiente per aggirare i lunghi tempi di attesa nelle code dello scheduler quando si esegue la distribuzione su un sistema distribuito.

Questa capacità ad alta produttività non è limitata agli ambienti cluster. Per gli utenti che operano su workstation multicore locali, la funzionalità Batch Sweep porta il parallelismo delle attività direttamente sul desktop. Di conseguenza, è possibile risolvere più insiemi di parametri contemporaneamente massimizzando l’utilizzo dell’hardware locale, fornendo un metodo per la mappatura progettuale su scala ridotta prima di passare a un cluster.

Una terza opzione consiste nell’eseguire processi COMSOL Multiphysics completamente indipendenti su un cluster, in cui ogni processo gestisce un modello, un set di parametri o uno scenario di simulazione separato. Questo approccio è particolarmente adatto a carichi di lavoro debolmente accoppiati, in cui ogni esecuzione può procedere in modo indipendente, e offre agli utenti il pieno controllo sull’invio dei lavori, il monitoraggio e la valutazione dei risultati tramite script o strumenti esterni. Con una licenza FNL, questo flusso di lavoro può scalare fino a un gran numero di varianti di progettazione dello stesso modello senza costi di licenza aggiuntivi basati sulle dimensioni del cluster o sul numero di core.

Queste tecnologie di sweep parallelo fungono da motore per i flussi di lavoro di machine learning (ML), in particolare per la generazione di dati sintetici nello studio Surrogate Model Training. Mappando rapidamente gli spazi di progettazione su hardware locale o su un cluster, gli ingegneri possono compilare enormi set di dati di riferimento per addestrare modelli surrogati come le reti neurali profonde (DNN).

Compatibilità con cloud computing

Molti utenti eseguono simulazioni nel cloud per accedere a risorse di calcolo scalabili e on-demand senza dover gestire una propria infrastruttura HPC. Gli utenti in possesso di una licenza FNL possono utilizzare tale licenza sulla piattaforma cloud di loro scelta.

I modelli COMSOL possono essere distribuiti sui principali provider cloud quali AWS^®, Azure^® e Google Cloud, nonché tramite piattaforme cloud HPC e partner quali Rescale e Nimbix. Gli utenti hanno inoltre la possibilità di eseguire il software con Amazon Elastic Compute Cloud™ (Amazon EC2™). Maggiori informazioni sono disponibili nelle pagine Partner HPC.