HPC-Private-Cloud-Lösungen für CAE-Anwendungen

Hubraum ist durch nichts zu ersetzen, außer durch mehr Hubraum“, galt bis in dieses Jahrtausend als Maxime im Automobilbau. Dort mag sie ausgedient haben, in Bezug auf die benötigte Rechenleistung in den Entwicklungsprozessen der Unternehmen hat die Aussage aber weiterhin Berechtigung.
Mit steigenden Möglichkeiten der virtuellen Produktentwicklung werden auch die Simulationsmodelle immer umfangreicher, präziser und somit auch rechenintensiver. Dadurch wächst in Folge der Bedarf an Rechen-Ressourcen, sprich: am High Performance Computing (HPC) – gerade im Engineering.
Zahlreiche Unternehmen untersuchen als mögliche Lösung sogenannte „Cloud“-Systeme, die sowohl innerhalb der eigenen IT-Infrastruktur oder auch „offsite“ außerhalb der Unternehmen laufen. Viele setzen diese Systeme auch schon ein, gerade im Bereich der Büroanwendungen. Aber auch für Engineering-Anwendungen wächst der Markt der im Netz angebotenen öffentlichen Cloud-Lösungen und damit auch die Zahl der Anbieter. Allerdings scheuen sich gerade in Deutschland bis heute noch einige Unternehmen, diese zu nutzen, da sie beispielsweise noch Sicherheitsbedenken haben.
Der Variante, die Cloud-Infrastruktur im eigenen Unternehmen als Private Cloud zu implementieren, stehen die Unternehmen offener gegenüber, um gleichzeitig dem Bedarf nach mehr Rechenleistung für Simulation und den Ansprüchen an die IT-Sicherheit gerecht werden.

Kompakte Cloud-Lösung von der Stange

Eine mögliche Lösung in Sachen Private Cloud ist HyperWorks Unlimited vom Simulationsanbieter Altair. Unlimited steht dabei dafür, dass das Angebot unlimitierte Lizenzen für die auf der Hardware installierten Anwendungen umfasst – inklusive aller HyperWorks-CAE-Lösungen sowie die PBS-Works-Workload-Management-Werkzeuge zum Management der Simulationsjobs. Dabei geht es nicht um eine reine Softwarelösung, die Hardware ist hier bereits vorkonfiguriert, abgestimmt und optimiert auf die Software mit dabei.
Lösungen wie „Unlimited“ erleichtern den Zugang zu HPC für die Anwender von CAE-Software und ermöglichen beispielsweise umfassende stochastische Robustheitsuntersuchungen oder Optimierungen. Eine private Cloud-Lösung bietet zudem den Vorteil, dass die Anwender ihre Daten nicht aus dem Haus geben müssen.
Altair arbeitet bei HyperWorks Unlimited mit einem namhaften Hardwareanbieter zusammen und bietet damit auch hardwareseitig eine vollständige Lösung für Compute-, Netzwerk- und Speicherressourcen. Das System skaliert von 64 bis Tausende von CPU-Cores und umfasst eine zentrale Infrastruktur für den unlimitierten Zugriff auf alle HyperWorks-Anwendungen, die Datenablage auf einem Multi-Terabyte-Storage-System und die Remote-Visualisierung von Pre- und Postprocessing-Anwendungen. Außerdem ist das System „Intel Cluster Ready“ zertifiziert. Ein Zertifikat, das Plug-and-Play-Lösungen für High Performance Computing erhalten.
Damit ist die Unlimited-Lösung dafür ausgelegt, mit massiv parallelisierten Anwendungen wie CFD- und FEA-Solvern zu arbeiten. Außerdem enthält es den Display-Manager von Altair, ein webbasiertes Portal zur Daten-Visualisierung, das es selbst in Netzwerkumgebungen mit hohen Latenzzeiten ermöglicht, auf grafikintensive Anwendungen zuzugreifen.
Engineering-Cloud bei DeWalt
Ein Anwender der HyperWorks-Unlimited-Lösung ist DeWalt, eine Marke von Stanley Black & Decker (SBD). Der Einsatz von Computer Aided Engineering (CAE) spielt bei DeWalt eine wichtige Rolle in der Entwicklung der professionellen Elektrowerkzeuge, akkubetriebene und netzgebundene Bohrmaschinen, Sägen, Bohrhämmer, Schleifwerkzeuge, Fräsen, Hobelmaschinen und Elektronagler sowie Arbeitsbänke, Laser und Generatoren. Vorwiegend von professionellen Handwerkern eingesetzt, müssen die Werkzeuge unter härtesten Bedingungen viele Jahre lang zuverlässig funktionieren – ohne Leistungsverlust und möglichst bei geringer Wartung. Als einer der führenden Anbieter hat SBD eine Produktpalette von über 300 Produkten und mehr als 1.000 Zubehörteilen.

Wettbewerbsposition sichern

In der Entwicklung setzt DeWalt unter anderem auf die HyperWorks-Lösungen von Altair. Der frühe Einsatz simulationsbasierender Optimierung im Designprozess ist dabei ein wichtiges Mittel, um die führende Wettbewerbsstellung zu behaupten, auszubauen und immer bessere Produkte schneller auf den Markt zu bringen. Besonders wichtig sind immer kürzere Markteinführungszeiten, die mit kürzeren Entwicklungsläufen einhergehen – SBD hatte es sich deshalb zum Ziel gesetzt, Optimierungen und komplexe Berechnungsläufe innerhalb eines Wochenendes durchführen zu können.
Vor dem Einsatz der Private-Cloud-Lösung mussten die Ingenieure zum Teil bis zu drei Wochen auf die Ergebnisse warten. Um Berechnungen schneller durchführen zu können, benötigten die DeWalt-Ingenieure mehr parallele Rechenleistung, um ihre Designs gleichzeitig virtuell testen zu können und so sehr schnell wichtige Erkenntnisse zur Produktleistung, den Kosten und dem Gewicht zu erhalten.

Unlimited setzt sich durch

SBD wollte die notwendigen Investitionen in neue Hardware jedoch so gezielt wie möglich tätigen, so dass sowohl zusätzliche Softwarelizenzen als auch Hardware-Ressourcen zu jeder Zeit in vollstem Umfang genutzt werden können. Selbstverständlich sollten sich die Investitionen amortisieren und auch die Wartung und Administration eines komplexen HPC-Systems floss in die Kostenbetrachtung ein. Da keines der Angebote von drei führenden HPC-Hardware-Anbietern überzeugen und die Bedenken bezüglich Kosten und Komplexität ausräumen konnte, hat sich SBD HyperWorks Unlimited angesehen.
Da die Unlimited-Lösung vorkonfigurierte Hard- und Software umfasst und zusätzlich eine Workload-Management-Lösung enthält, konnte ein Benchmark SBD schließlich davon überzeugen, dass sie allen Anforderungen entspricht. Zusätzlich zu den bereits länger eingesetzten HyperWorks-Werkzeugen für das Pre- und Postprozessing haben die Ingenieure sich nun auch RADIOSS, AcuSolve und HyperStudy näher angeschaut. Sie stellten fest, dass auch diese Werkzeuge ihren Ansprüchen in puncto Genauigkeit und Leistung gerecht werden.

160 Kerne rechnen parallel

Das eingesetzte Unlimited-System hat 160 Cores und wurde von Altair innerhalb weniger Tage geliefert und installiert. SBD nutzt die Vorteile der HyperWorks Units nun für einen unlimitierten Zugriff auf HyperWorks und PBS Works und ist dadurch in der Lage, deutlich mehr detaillierte virtuelle Untersuchungen durchzuführen als zuvor. Ein zusätzlicher Vorteil der Unlimited-Lösung ist, dass SBD nur noch mit einem Anbieter zusammenarbeiten muss: Altair unterstützt sowohl die Soft- als auch die Hardware, von der Einführung des Systems über den Wartungszeitraum bis hin zum Ende der Leasing-Dauer.

Fazit

Der Fall SBD zeigt, dass es mittels privater Cloud-Lösungen möglich ist, den Bedarf an Rechenleistung, den gerade im Engineering tätige Unternehmen zunehmend haben, abzudecken, ohne bei der Datensicherheit Kompromisse eingehen zu müssen. jbi