在2021年超级计算大会之前，牵牛星和惠普企业(hp)联手推出了一个开创性的新基准。虽然计算雷达截面(RCS)对某些人来说可能是陌生的，但电磁模拟是高性能计算(HPC)中一个快速发展的领域。bob官网 bob体育下载毕竟，电磁模拟应用于方方面面，从消费电子产品到评估辐射安全，再到5G网络设计等等。请继续阅读本文，了解我们最近的RCS基准测试，以及为什么这个结果对各种类似的HPC问题很重要。

关于雷达横截面上

雷达横截面是测量雷达探测到物体的程度。飞机的RCS通常表示为物体相对于理论完美导电的1米球体返回的信号功率²回报。例如，大型喷气式飞机的RCS约为。100米²．相比之下，从正面看F/ a -22战斗机的RCS大约是弹珠大小。¹

虽然RCS和散射分析在军事上的bob电竞官方应用是显而易见的，但在其他领域也有应用。这些措施包括飞行跟踪、海上运输、监测鸟类活动和商业机场附近的其他航空危害。

一个计算密集型的问题

计算RCS涉及到复杂的物理学。返回的雷达信号的强度取决于各种因素，包括物体的大小，它的材料，方向，相对于发射器的距离，以及照明雷达信号的功率和波长。

在模拟RCS时，从多个角度和俯仰角计算物体的反射。这可以转化为数千个离散的模拟，即使在强大的HPC集群上，也需要数小时，甚至数天的时间来计算。此外，根据物体的方向和几何形状，信号会“反弹”，这将导致同一入射波的多次反射(雷达返回)。

似乎这还不够复杂，一些结构的建模是巨大的挑战-例如，一个喷气机的进风口与旋转风扇呈现复杂的几何形状。跳过这些细节是很诱人的。然而，这些物理上很小的特征可能有不成比例的大雷达信号，这使得它们不可能被忽略。工程师经常使用多种仿真方法对RCS进行精确建模。

牵牛星®Feko®

牵牛星Feko是一款多功能高频电磁模拟器，用于各种行业，包括航空航天、国防、汽车和消费电子产品。Feko有几个优势，超过其他电磁求解器，并提供:

• 一套全面的求解器优化不同的模拟需求- MoM, MLFMM, LEPO, RL-GO，和更多²
• 简化的端到端工作流，从几何建模到高级数据操作和可视化
• 具有高度并行求解器和模型预处理器的极端可伸缩性，用于高效、hpc友好的模拟

RCS基准

为了证明Feko在HPE强大的HPC集群上运行的能力，我们进行了两个涉及Lear Jet相同模型的RCS计算。李尔喷气机由46万1437个部件组成，长17.08米，宽13.71米，高3.46米。该模拟包括从180度弧线的多个角度评估RCS。在这个范围内模拟了473个点(每0.381弧度)。为简单起见，模拟假设一个固定的仰角和一个固定的发射机频率1 GHz的波长(λ)为30厘米。该模型以两种不同的方式运行:

• 场景一:一个跨128个核的大型模拟，没有工作负载管理器．首先，模拟作为单个大型并行MPI作业运行，包含128个等级/进程，以建立基线。
• 第二种情况：一个”由牛郎星PBS专业人员管理的32路MPI工作。在这个场景中，模型在相同的硬件环境中运行。然而，在本例中，Altair Feko将模拟细分为多个离散的32路MPI作业，以便使用PBS Professional将它们有效地分配到HPC集群。

硬件和软件环境

为了保持一致性，两个测试都在同一个由4台计算主机组成的HPE集群上运行。每个双插槽计算主机有128gb的物理内存，并配备两个18核的Intel®处理器。^3.节点通过高性能Aries蜻蜓互连和共享Lustre并行文件系统连接。⁴第二个场景的测试环境如下图所示。

这两个测试都是使用带有Intel MPI的Feko版本2021.1.1并行求解器运行的。采用严格的MLFMM方法对RCS进行了仿真。在第一个场景中，模拟是作为单个作业启动的mpirun,依次计算473个角度。在第二个场景中，模拟被构造为22个离散的32路MPI作业，每个作业由PBS Professional工作负载管理器在一个作业数组中管理。PBS Professional基于Feko许可证可用性限制作业，以避免由于软件许可证过度订阅而导致运行时失败。

HPE和PBS专业提供卓越的吞吐量

Altair / HPE的基准测试结果证明了“更聪明地工作，而不是更努力地工作”这句格言的智慧。将模拟构建为由PBS Professional管理的一系列作业运行，提供了卓越的性能，如下所示。

使用单个128路MPI工作计算Lear Jet的RCS花费了~130小时在四个节点上运行，每个节点有36个核心和128GB的物理内存。使用Altair PBS Professional运行相同的模拟，重组为多个较小的32路MPI作业运行10小时48分钟，性能提高了12倍．

尽管在相同的硬件上，模拟的运行速度可以快12倍，这似乎是违反直觉的，但它确实可以。例如，有些模型太小，无法使用大型集群中的所有资源。这就是这个模拟的情况——相比之下，运行单个大型作业效率很低。

通过运行一系列32路作业，每个作业覆盖RCS模拟角度的一个子集，可以获得更好的性能。这是因为较小的32路工作保持了所有硬件核心的利用率。此外，由于PBS Professional将每个32路作业放置在单个主机上，从而大大降低了延迟，避免了需要MPI级别跨外部网络通信。

在PBS Professional下运行Feko模拟的另一个优势是，执行变得更加可靠和可预测。假设某个作业在运行时失败——在这种情况下，让调度程序自动重新启动作业数组中的单个元素要比从以前的检查点重新启动或恢复大型并行作业更有效。在集群环境中，许可证是一个限制因素。如果有更多的许可可用，基于集群的模拟可以跨更多的节点运行，完成的时间甚至可能比观察到的10.8小时还要快。

PBS专业和HPE -牛郎星Feko模拟的理想组合

PBS Professional是一个快速、强大的工作负载管理器，可以提高生产率、优化效率，并简化跨集群、云和超级计算机的管理。由于对MPI并行作业、作业数组和基于许可可用性的节流作业的成熟支持，PBS Professional是优化RCS和其他电磁模拟性能的理想调度器。

快速的吞吐量对于加速像Feko中那样的高性能代码是至关重要的。通过组合MPI并行作业、作业数组和许可感知调度，PBS Professional帮助最大化HPE系统的性能和资源利用率，提供更快、更高质量的结果，最大限度地提高客户价值。

Tony DeVarco -高性能计算，制造部门经理，惠普企业

牵牛星与全球领先的高性能计算解决方案提供商HPE合作已超过十年，为客户提供强大的高性能计算能力，以支持广泛的应用，并达到规模化。bob电竞官方HPE的高性能计算解决方案范围从小型集群到高端超级计算(如百兆级超级计算机)，并提供端到端计算、软件、互连和存储能力。这一系列产品使高性能计算、高密度存储、集成集群管理和机架规模bob官网 bob体育下载的效率对各种规模的组织都可用。HPE为客户提供了一个整体的、集成的HPC集群，并提供了HPE Pointnext服务的全面支持选项，这些服务都可以通过HPE GreenLake边缘到云平台提供云服务。

正如这些最近的Feko模拟所证实的，Altair HPC工具在HPE系统上允许客户更智能地工作，而不是更困难地工作，并为电磁模拟提供卓越的结果。

通过访问了解更多关于牛郎星FEKO//www.s-emart.com/feko/．

了解更多关于HPE的HPC解决方案https://www.hpe.com/us/en/compute/hpc.html．

了解更多关于牛郎星PBS专业在//www.s-emart.com/pbs-professional/．

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1.看到GlobalSecurity。Org -雷达截面(RCS)
2.MoM指的是一种广泛应用于RCS解决方案的严格的“矩法”技术。MLFMM也是一种严谨的技术，指的是“多层次快速多方法”。牵牛星提供了两种专有的渐近模拟方法，可以在很小的计算需求范围内提供卓越的精度——大单元物理光学(LEPO)和RL-GO(射线发射几何物体)。
3.基准测试在禁用超线程的情况下运行，这在HPC工作负载中很常见。
4.用于基准测试的机器是一台强大的Cray XC-40机器，在HPE的基准测试中心有一个蜻蜓式互连。每个节点由Intel Broadwell 2.1 GHz处理器和128GB DDR4-2400内存组成。Lustre文件系统(型号L300)的大小为1.4 PB。测试的机器是由700个节点组成的超级计算机。