使用hp企业的Altair解决方案加速雷达截面计算
在2021年超级计算大会之前，牵牛星(Altair)和惠普企业(Hewlett Packard Enterprise)联手推出了一个突破性的新基准。虽然计算雷达截面(RCS)对某些人来说似乎有些陌生，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
雷达横截面是衡量一个物体被雷达探测到的程度。飞机的RCS通常表示为一个物体相对于一个1米的理论完美导电球体所返回的信号功率2回报。例如，大型喷气式飞机的RCS是近似的。100米2．相比之下，从正面看F/ a -22战斗机的RCS大约有一个弹子那么大。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，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，从多个角度和高度计算物体的反射。这可以转化为数以千计的离散模拟，即使在强大的HPC集群上，计算也需要数小时甚至数天的时间。此外，根据物体的方向和几何形状，信号会“反弹”，从而导致同一入射波的多次反射(雷达返回)。
如果这还不够复杂的话，有些结构的建模是极具挑战性的——例如，一架带有旋转风扇的进气口的喷气机呈现出复杂的几何形状。人们很容易跳过这些细节。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视。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®
Altair Feko是一款多功能的高频电磁模拟器，应用于航天、国防、汽车和消费电子等多个行业。Feko比其他电磁求解器有几个优势，并提供:
- 一套全面的求解器优化不同的仿真需求- 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
- 极高的可扩展性，具有高度并行求解器和模型预处理器，可用于高效、hp友好的模拟
RCS基准
为了演示Feko在来自HPE的强大HPC集群上运行的能力，我们对同一模型的Lear Jet进行了两次RCS计算。李尔王喷气机由461,437个部件组成，从飞机的极点测量，长度为17.08米，宽度为13.71米，高度为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，模拟假设一个恒定的高度和一个固定的发射频率为1 GHz的波长(λ)为30厘米。该模型以两种不同的方式运行:
- 场景一:一个跨越128个核的大型模拟，没有工作负载管理器．首先，模拟作为一个单一的大型并行MPI作业运行，由128个队列/进程组成，以建立基线。
- 第二种情况：一个”由Altair PBS Professional管理的32路MPI工作组成。在这个场景中，模型运行在相同的硬件环境中。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，这两个测试都在由4台计算主机组成的相同HPE集群上运行。每个双插槽计算主机有128 GB的物理内存，并安装了两个英特尔®处理器，每个处理器有18个核。3.节点通过高性能Aries dragonfly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，模拟作为单个作业启动，使用mpirun,按顺序计算所有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许可可用性对作业进行节流，以避免由于软件许可被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，可以提供出色的性能，如下所示。
使用单个128路MPI工作计算Lear Jet的RCS花费了~130小时运行在四个节点上，每个节点有36个核和128GB的物理内存。使用Altair PBS Professional运行相同的模拟，将其重组为多个较小的32路MPI作业10小时48分钟- 12倍的性能增益．
虽然在相同的硬件上模拟的运行速度可能会快12倍，但这是有原因的。例如，有些模型太小，无法利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，运行单个大型作业的效率很低。
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路作业保留了所有的硬件核心。此外，由于PBS Professional将每个32路作业放置在单个主机上，从而避免了MPI级别跨外部网络通信的需要，因此延迟显著降低。
在PBS Professional下运行Feko模拟的另一个优点是执行变得更加可靠和可预测。假设一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比从以前的检查点重新启动或恢复一个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。如果有更多可用的许可证，基于集群的模拟可以在更多节点上运行，完成时间可能比观察到的10.8小时还要快。
PBS专业和HPE - Altair Feko模拟的理想组合
PBS Professional是一种快速、强大的工作负载管理器，可以提高生产力、优化效率并简化跨集群、云和超级计算机的管理。PBS Professional支持MPI并行作业、作业阵列和基于许可可用性的节流作业，是优化RCS和其他电磁模拟性能的理想调度器。
快速吞吐量对于加速Feko中发现的HPC密集型代码至关重要。通过结合MPI并行作业、作业阵列和许可感知调度，PBS Professional帮助最大化HPE系统的性能和资源利用，提供更快、更高质量的结果，最大限度地提高客户价值。
Tony DeVarco - HPC，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，并在规模上。bob电竞官方HPE的HPC解决方案范围从小型集群到高端超级计算(例如用于百亿兆级超级计算机)，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级效bob官网 bob体育下载率可用于所有规模的组织。HPE为客户提供了一个整体的、集成的HPC集群，可以选择全方位支持HPE Pointnext服务，这些服务都可以通过HPE GreenLake边缘到云平台作为云服务交付。
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Altair FEKO的信息//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/．
1.看到GlobalSecurity。Org -雷达截面(RCS)
2.MoM是一种广泛应用于RCS解决方案的严格的“矩量法”技术。MLFMM，也是一种严格的技术，指的是“多级快速多方法”。Altair提供了两种专有的渐进模拟方法，可以在计算需求的一小部分内提供优秀的精度——大元素物理光学(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)的尺寸为1.4 PB。测试的机器是一台由700个节点组成的超级计算机。
