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航空航天空气动力学高性能计算解决方案

时间:2019-07-19来源:未知 作者:admin点击:
曙光公司行为邦内顶尖的高功能计较编制供应商,众年来努力于为我邦航空航天界供应突出的高功能计较处理计划,推进邦内气氛动力学数值模仿筹议的发达。 古板的飞翔器气动结构策画要紧依赖外面筹议估算、策画师的经历以及大宗的风洞试验结果,风洞试验是要紧策

  曙光公司行为邦内顶尖的高功能计较编制供应商,众年来努力于为我邦航空航天界供应突出的高功能计较处理计划,推进邦内气氛动力学数值模仿筹议的发达。

  古板的飞翔器气动结构策画要紧依赖外面筹议估算、策画师的经历以及大宗的风洞试验结果,风洞试验是要紧策画器械。计较机本领的迅猛发达推进了航空气氛动力学的革命。目前正正在大举发达的计较流体力学将以冲破对黏流流场物理形势的模仿本事为重心,加倍是无误预测活动离别点和转捩进程以及湍流活动。

  美邦正在气氛动力学筹议与发达规模从来处于寰宇领先位置,正在寻觅新观念飞翔器、航空新本领、新筹议和试验手腕上也具有彰着上风。美邦对气氛动力学本领的投资堪称寰宇第一,为煽动气动本领的发达,先后修制了一大宗用于各种飞翔器研制的气动力地口试验步骤,现有高、低速搭配、尺寸配套的科研分娩型风洞70众座。

  历久从此,美邦填塞诈骗其处于寰宇前辈程度的计较机软硬件本领上风,大举发展计较流体力学(CFD)本领筹议,投资设立修设数值模仿中央,扩大CFD本领的工程使用。额外是航空、航天飞翔器的气动策画中,采用前辈的CFD本领使策画周期和本钱大幅度消重,策画质地连忙普及,飞机气动功能陆续改革。

  总体上讲,欧洲,要紧是德邦、法邦和英邦正在气氛动力学发达筹议方面稍逊于美邦。因为经济因由,正在上流声速飞翔器筹议上,欧洲彰着落伍于美邦,但欧洲的气动试验步骤正在某些方面比美邦前辈,好比欧洲的跨声速风洞,其试验本事和试验结果彰着高于美邦现有的风洞。

  英邦航空航天界人士以为,目前气氛动力学已到达特殊前辈的阶段,但还不行熟,业界另日的对象该当正在于开荒另日前辈的、急速的和实用的手腕,用于策画可明显改良气动结果和消重本钱的机翼,为使用行业带来明显的效益。CFD手腕的筹议进步正在此中应维持优先性,其筹议的对象已经是一连普及计较精度和使用本事,额外是正在粘黏性和非定常流的模仿计较上。

  行为寰宇航空航天大邦,俄罗斯正在气氛动力学的外面筹议和试验本事方面从来与美邦并驾齐驱,额外是正在根基外面筹议方面具有必然上风,但正在计较流体力学方面进步落伍于美邦。从美邦与俄罗斯以及西欧与俄罗斯正在气动本领筹议发达方面的合营项目上可看出,俄罗斯要紧供应新的策画思念和外面手腕,而相应的试验和计较软件开荒平常由美邦或西欧承当。

  新中邦自设立修设从此,从来把发达航天航空本领放老手为邦度战术高度,正在老一辈气氛动力学专家的指挥下,中邦正在过去几十年的年光里,正在气氛动力学方面的筹议一经得到了庞大的筹议收获,并直接使我邦跻身航天航空大邦之列。目前中邦航天航空研发机构要紧囊括三个一面:

  航天科技集团和航天科工集团属员各筹议院,如航天一院、二院、三院、十一院等,其筹议涉及飞翔器策画、奥门金沙总站6165com洲际导弹、载人航天等众个方面,是我邦航天航空筹议的主力军。

  其次即是邦防科工委属员的各个重心上等院校,囊括北京航空航天大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学等,别的,清华大学、上海交通大学等邦内著名高校也纷纷开设了航天航气氛动力学专业。

  我邦军用、民用飞机策画的主力军无疑是邦内几大飞机策画院:西飞、成飞、沈飞等,而且正在我邦一经变成了陕西阎良、四川成都、辽宁沈阳、等几个航空研发基地,近年来一经开荒出飞豹、歼10、空中加油机、支线飞机等高新本领产物,并正在主动勤恳开荒中邦自立常识产权的大飞机策画。

  跟着CFD本领的迅猛发达及其正在军、民飞翔器气动力策画中的寻常使用,预测给定外形绕流的无粘CFD流场本领已特殊成熟并胜利使用于前辈战争机的全机模仿中。一个模范的例子是,美邦的F-22飞机正在试飞时展示垂尾抖振形势,风洞试验筹议未能无误确定其发生的本原,而CFD却无误预测出这是因为进气道发生的第二个离别涡拖出后扫到了垂尾酿成的抖振,进而使策画职员能据此选取相应步骤予以处理。

  CFD算法正在1970~1985年时间发达连忙,之后发达相对平缓,额外是工程使用进步对照迟钝,仅仅是正在普及计较解的速率上有了必然改革。改良CFD算法不但哀求普及计较速率还需求扩大计较精度,从CFD发达汗青看,改良计较精度往往是以成倍扩大计较年光为价钱的。以是,务必平衡发达,普及计较精度而不扩大年光是另日CFD算法的寻事。

  CFD发达的最终主意是不必实行腾贵的地口试验和飞翔试验就能验证新的本领或新的飞机观念,或许成为策画师正在经济可经受性畛域内无误预测气动力、力矩和载荷的牢靠器械。到达这一本事的要紧荆棘是对黏流流场物理形势的模仿本事,加倍是无误预测活动离别点和转捩进程以及湍流活动。

  跟着CFD正在气氛动力策画中越来越紧急的器械影响,展示了对风洞试验不精确的了解,以至有人以为,另日正在气动策画中CFD可能庖代风洞试验。但结果声明这种了解是舛讹的。

  考核外白,正在CFD使用于飞机策画前,跟着新型号飞机杂乱水准的扩大,需求的风洞试验小时数增进很速,有了CFD后增进率趋于平缓,但仍不也许少于10000小时,况且看待高度杂乱的前辈军用飞机来说,需求的风洞试验小时数将更为可观。

  比如,美邦正在发达第四代前辈战争机F-22进程中,正在1991年到1996年5年间,诈骗23种模子正在15座差异类型的风洞实行了75项试验,累积17689小时。别的正在原型机YF-22的演示/验证阶段实行了19195小时的气动结构风洞试验,正在预先演示/验证阶段还实行了7005小时的风洞,合计共实行了43889小时的风洞试验。

  风洞试验弗成或缺的合头因由是因为当代飞机涉及众学科的归纳,少少杂乱的作对形势底子无法用CFD来模仿,是以CFD难以庖代风洞的影响,但看待衍生型飞机策画,CFD则可能明显消重风洞试验小时。

  曙光公司行为邦内顶尖的高功能计较编制供应商,众年来努力于为我邦航空航天界供应突出的高功能计较处理计划,推进邦内气氛动力学数值模仿筹议的发达,曙光高功能计较机正在载人航天、卫星测控、天文观测、导弹研发、航空策动机策画、军用民用飞机策画等航空航天规模大宗使用,为邦度天文台、紫金山天文台、北京卫星支配提醒中央、酒泉卫星发命中央、西安卫星发命中央等供应专业办事。曙光超等计较机插手了“神舟五号”、“神舟六号”载人飞船从发射到接受的全进程,正在对象轨道计较、空间碎片定轨计较、支配飞船入轨、发射情景天气监测、飞船发射窗口判辨等方面阐明紧急影响。

  目前曙光公司的高功能计较处理计划囊括天潮4000A、天潮4000L和天潮4000W,它们都采用集群架构。毫无疑难,集群本领极大的推进了高功能计较的发达,从2002年劈头,无论是集群的数目依然集群的出售额都得回了急速增进,目前一经成为了高功能计较的主流编制构造,正在邦内TOP100中占据90%以上的分额。然而集群的发达正面对着越来越众的寻事,据IDC的一份统计通知指出,集群编制的东电和散热一经成为限制其发达的首要题目,其次是编制可处理本事。陆续增进的计较需求使得高功能集群编制的占地面积和功耗越来越大,以上海超算为例,500众个计较节点占地面积到达一个篮球场巨细,每年的电费也高达几百万元。现实上,邦内公共半用户正正在面对着买的升引户不起的尴尬景色。

  2007年5月份,曙光公司转为百万亿次高功能计较机曙光5000研发的中央节点机编制TC2600正式公布,以TC2600为中央,联结曙光4000系列集群本领的成为最适宜“高效率计较”思念的处理计划。

  跟着高功能计较向高功能办事转嫁,超等计较机编制寻觅的对象也将从“高功能”(High Performance)走向“高效率”(High Productivity)。即超等计较机的研发珍爱编制的现实结果,牢靠性、可用性、好用性,勤恳普及单元面积的功能,消重单元面积的功耗和制价;特别珍爱高端计较的总体具有本钱(使用编制性命周期内的本钱+具有/得回本钱);愈来愈杂乱的高端编制需求自愿化、人性化的情况支柱(编制的自处理、自设备、自优化和自愈性等)。曙光刀片办事器恰是基于这一理念实行策画的。

  TC2600刀片办事策画之初,填塞判辨了机架式机群编制以及商场十几款厂家的刀片办事器产物,对其架构的优污点实行判辨,实行了仔细的功率计较,对CPU、硬盘内存发达趋向实行判辨,对目前主流高速互连本领实行判辨,采用7U10片的编制架构,同时保障计较密度同编制I/O带宽、散热本事等方面的平均策画。

  正在背板带宽和延迟方面,是刀片办事器功能瓶颈。而正在曙光刀片办事器编制中,扫数刀片背板总带宽为950Gb,信号延迟为纳秒级,大大普及了计较编制带宽并消重延迟,很好的实行了计较本事同I/O本事的平均题目。同时,革新的把PCI-E总线引入背板。由于背板信号为PCI-E,正在背板的后端,可能按照编制需求伶俐的策画种种高速交流兴办,好比InfiniBand交流、Myrinet交流、ASIC交流、FC交流等。

  正在统治器计较本事上,目前推出的产物对每个刀片救援两个双核或四中央AMD Opteron统治器,正在每个机柜内可能实行最众80个统治器中央的计较本事,浮点峰值计较本事最高可能到达8000亿次每秒/刀片机箱(采用2.5GHz主频的四核Barcalona统治器)!

  为消重功耗,曙光刀片办事器采用前辈的众渠道节能本领,要紧显露正在3个层面:

  联结AMD领先的“PowerNow”本领点窜计较刀片操作编制内核,实行节能。

  专用散热通道和自合适的电扇策画消重散热能耗需求,保障编制散热和计较密度到达平均。

  曙光TC2600刀片要紧面向大界限集群计较商场,除了内嵌的千兆交流机模块和PassThrough模块外,还可能供应对20G高速Infiniband收集的救援。曙光IB模块和IBM、HP等公司的做法差异,正在该模块内集成了10个HCA卡芯片和1块24换机芯片,无须为每个刀片再设备HCA子卡,集成度更高,因为总计自立策画,较古板的诈骗HCA子卡+外置交流机的办法具有更低的本钱。

  I/O扩展本事从来从此都是刀片办事器的一大诟病,刀片办事器产物正在需求扩展其它插件的时辰,平常都借助于主板子卡的扩展体例,况且只可实行简单成效的扩展。曙光TC2600革新性的I/O扩展模块冲破了从来从此刀片办事器I/O扩展办法的局部。TC2600为每个刀片独立设备了PCI-E扩展插槽,或许兼容网卡、FC HBA、iSCSI HBA、Infiniband HCA等业界绝大一面PCI-E板卡,为刀片办事器编制的I/O扩展供应了更为伶俐的挑选。

  曙光TC2600刀片办事器单机柜内模范设备可能救援80个并行计较中央和80GB内存,可能救援最众8000万网格单位的气氛动力学CFD模仿(显式求解或离别求解)。以Fluent软件为例,下外给出了差异计较形式下计较模子对编制硬件资源要紧是内存的需求:

  正在编制内存或许容纳计较模子的条件下,统治器的数目和功能影响到计较的速慢,如某计较模子耗用的内存为16GB,可能用1个16GB内存的双途节点计较,也可能用2个8GB内存的双途节点或4个4GB内存的双途节点,众半境况下计较速率会跟着节点数目的扩大而大幅度普及。如下图所示,Fluent正在TC2600刀片办事器上有着很好的加快比。看待Fll1,从4-16CPU加快比到达线,因为标题界限较大,从4-32CPU都维持线GB以上内存,无法运转正在1个节点上)。以是,该当从内存和统治器两个层面来归纳切磋一个计较模子该当选用哪种界限的硬件设备。

  咱们以大、中、小三种界限计划了3套基于TC2600刀片办事器的集群计划供用户挑选:

  CFD高功能计较本领正正在成为航空航天飞翔器气氛动力学策画进程中除风洞试验以外最紧急的手腕,曙光公司正在高功能计较规模的深邃积聚或许为用户供应众种界限的集群编制处理计划。最新推出的TC2600刀片集群编制具有高功能、高牢靠性、低能耗和低占地面积的上风、是适宜“高效率计较”思念的最佳处理计划。

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