HPC 技術(shù)如何支持美國(guó)的制造業(yè)回流？

地緣政治變化正在對(duì)全球制造業(yè)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性影響。在美國(guó)、西歐和其他工業(yè)化國(guó)家，越來(lái)越重視「制造業(yè)回流」。隨之而來(lái)的是對(duì)利用數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人技術(shù)和高級(jí)設(shè)計(jì)模擬的新策略的需求，這些策略由 HPC 級(jí)計(jì)算能力支持，以幫助控制成本、提高質(zhì)量并加快上市時(shí)間。

許多公司的這些戰(zhàn)略的核心是：一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)，為制造商提供并不斷更新其技術(shù)和支持服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。

回流的原因有很多。Design News 最近的一篇文章引用了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的一份報(bào)告，指出「將制造業(yè)回流到美國(guó)一直是許多制造商的首要考慮，尤其是考慮到新冠疫情帶來(lái)的供應(yīng)鏈問(wèn)題?？拷蛻?hù)和市場(chǎng)、生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)以及對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的影響都是制造商希望將生產(chǎn)遷回美國(guó)的原因」。

日益加劇的地緣政治緊張局勢(shì)和貿(mào)易限制是促使制造商發(fā)展國(guó)內(nèi)制造能力的另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。這與 1960 年代開(kāi)始的長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的離岸外包趨勢(shì)背道而馳，這種趨勢(shì)受到亞洲和其他國(guó)家廉價(jià)勞動(dòng)力和更寬松監(jiān)管制度的推動(dòng)。當(dāng)下，制造商正在尋求世界一流的技術(shù)戰(zhàn)略和實(shí)踐，使他們能夠保持競(jìng)爭(zhēng)力。

Azure 的制造生態(tài)系統(tǒng)

Microsoft Azure 是全球領(lǐng)先的高性能云平臺(tái)之一，在制造業(yè)領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。這種支持的關(guān)鍵是 Azure 對(duì)最新、最高性能技術(shù)的快速采用和集成。例如，Azure 已成為第一家采用新發(fā)布的 AMD 微處理器的公共云提供商，包括最新的 AMD EPYC CPU 和 AMD Radeon Instinct GPU，這是 HPC 行業(yè)中最熱門(mén)的兩款芯片。

「更強(qiáng)大的計(jì)算能力對(duì)制造商有兩大影響，」微軟 EMEA HPC 解決方案專(zhuān)家 Cédric Husianycia 說(shuō)。這意味著工程師可以在更短的時(shí)間內(nèi)生成更多的設(shè)計(jì)模擬——而更多的模擬意味著更有可能開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足制造商目標(biāo)的優(yōu)化產(chǎn)品。

「這也意味著他們可以運(yùn)行更大范圍、規(guī)模和復(fù)雜性的基于多物理場(chǎng)的模擬，」Husianycia 說(shuō)?！甘褂米钚伦詈玫奈⑻幚砥骺梢钥s短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)生命周期，并且可以設(shè)計(jì)出更精密、更先進(jìn)的產(chǎn)品。這對(duì)制造商來(lái)說(shuō)是雙贏的。我們與 AMD 的密切關(guān)系，讓他們的芯片在我們的制造客戶(hù)中使用，是 Azure 產(chǎn)品的核心部分?！?/span>

Azure 云的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：制造商在給定時(shí)間所需的計(jì)算資源的彈性擴(kuò)展或收縮。而且由于計(jì)算資源昂貴且工作負(fù)載的計(jì)算密集度越來(lái)越高，因此通常會(huì)出現(xiàn)資源擴(kuò)展的情況。

這與通常無(wú)法滿(mǎn)足計(jì)算需求的本地 IT 基礎(chǔ)設(shè)施形成鮮明對(duì)比，迫使工程師和其他最終用戶(hù)排隊(duì)等待——這在業(yè)內(nèi)被稱(chēng)為「約束環(huán)境」。本地基礎(chǔ)設(shè)施制造商通常有三到五年的生命周期，這意味著到周期結(jié)束時(shí)，工程可用的技術(shù)已經(jīng)變得越來(lái)越過(guò)時(shí)。相比之下，Azure 不斷安裝新的 HPC 級(jí)技術(shù)。

也就是說(shuō)，Azure 云提供的不僅僅是 HPC 級(jí)計(jì)算，它還提供了廣泛的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)功能，以提供制造商所需的綜合解決方案。

讓我們看一下利用該平臺(tái)的先進(jìn)技術(shù)和支持服務(wù)組合的 Azure 客戶(hù)示例。

Hexagon 的設(shè)計(jì)仿真軟件

Hexagon 的制造智能部門(mén)開(kāi)發(fā)仿真軟件（其 CAE 仿真業(yè)務(wù)以前稱(chēng)為 MSC 軟件），供工程師使用虛擬原型驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。客戶(hù)使用 Hexagon 解決方案來(lái)補(bǔ)充或替代物理構(gòu)建和測(cè)試過(guò)程。該軟件用于線性和非線性有限元分析 (FEA)、聲學(xué)、流固耦合 (FSI)、多物理場(chǎng)、優(yōu)化、疲勞和耐久性、多體動(dòng)力學(xué)和控制系統(tǒng)仿真。

作為與制造軟件供應(yīng)商的典型合作伙伴關(guān)系，微軟和 Hexagon 去年 3 月發(fā)布了 Hexagon 在 Azure 上的設(shè)計(jì)和工程軟件解決方案的 Hexagon CAE 軟件部署指南，如 MSC Nastran 等解決方案。聯(lián)合開(kāi)發(fā)的指南包括在 Azure HPC 基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行 Hexagon 模擬解決方案所需的部署步驟以及基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果。

根據(jù) Microsoft 高級(jí) EMEA HPC 和 AI 專(zhuān)家 Lukasz Miroslaw 的說(shuō)法，Azure Cyclecloud 用于協(xié)調(diào)用于測(cè)試的 HPC 集群的定義、部署和控制。「每個(gè)集群都配備了用于作業(yè)編排的調(diào)度程序，并利用了自動(dòng)縮放功能，」Miroslaw 說(shuō)?！咐纾涸谔峤蛔鳂I(yè)時(shí)進(jìn)行橫向擴(kuò)展，在所有作業(yè)完成時(shí)進(jìn)行縮減。為了進(jìn)行測(cè)試，我們使用了 Slurm 調(diào)度程序?！?/span>

他說(shuō)，整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施都部署在 Azure 虛擬網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)可以與互聯(lián)網(wǎng)隔離并與本地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施集成，以允許本地客戶(hù)端使用選擇的協(xié)議進(jìn)行訪問(wèn)，例如通過(guò) SSH 訪問(wèn)主節(jié)點(diǎn)用于訪問(wèn) Azure Cyclecloud 用戶(hù)界面的 Slurm 調(diào)度程序和 HTTPS。

為了降低安裝復(fù)雜性，Microsoft 提供了隨時(shí)可用的 HPC 映像，用于配置 Infiniband 驅(qū)動(dòng)程序、節(jié)點(diǎn)之間的連接以及 MPI 庫(kù)。然后可以將這些映像自動(dòng)附加到集群中的 VM，以自動(dòng)部署和配置。

Ansys Cloud Direct 配置指南

同樣，Ansys Cloud Direct 通過(guò) Microsoft Azure 為 VDI 和 HPC 提供配置和優(yōu)化指導(dǎo)，提供對(duì)在桌面和瀏覽器中運(yùn)行的 Ansys 仿真應(yīng)用程序的訪問(wèn)。Ansys Cloud Direct 與 Azure 合作開(kāi)發(fā)并針對(duì) Ansys 求解器進(jìn)行了優(yōu)化，是獲取幾乎無(wú)限計(jì)算資源的途徑。

Ansys 云產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Thomas Lejeune 在博客中寫(xiě)道：「75% 的 Ansys 客戶(hù)表示，他們面臨硬件障礙，無(wú)法充分利用軟件的強(qiáng)大功能。」「他們中的大多數(shù)人在內(nèi)核數(shù)量較少的計(jì)算機(jī)上工作，而在新冠疫情期間在家工作的情況加劇了這個(gè)問(wèn)題。借助 Ansys Cloud Direct，我們與 Microsoft 合作提供了獨(dú)特的 HPC 解決方案，該解決方案具有優(yōu)化的工作流程、前所未有的性能和全面的支持?！?/span>

Altair-Azure 合作伙伴關(guān)系

Altair 為在 Azure 上運(yùn)行的模擬、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和人工智能提供了廣泛的云軟件解決方案。

對(duì)于內(nèi)部資源有限的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，云是一個(gè)很有吸引力的選擇。Altair 指出，「使用 Azure 等云計(jì)算資源，理論上在應(yīng)用程序可擴(kuò)展性和潛在作業(yè)規(guī)模方面沒(méi)有限制。時(shí)間有限的用戶(hù)可以訪問(wèn)云中的更多節(jié)點(diǎn)以獲得更快的結(jié)果，擁有本地?cái)?shù)據(jù)中心的組織可以快速遷移到云中以運(yùn)行更多模型并更快地完成工作?！?/span>

Altair 還在 Azure 市場(chǎng)上提供了 Altair Unlimited 虛擬設(shè)備，它提供了對(duì) Altair 求解器和 HPC 資源管理的交鑰匙、無(wú)限制訪問(wèn)。

Azure 上的普利司通數(shù)據(jù)平臺(tái)

Azure 還深入研究了數(shù)據(jù)管理的細(xì)節(jié)。Azure 正在合作開(kāi)展一項(xiàng)旨在改善運(yùn)營(yíng)、實(shí)現(xiàn)流程現(xiàn)代化和增強(qiáng)可持續(xù)性的大規(guī)模數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃。對(duì)此至關(guān)重要的是開(kāi)發(fā)用于存儲(chǔ)、處理和分析關(guān)鍵信息的端到端數(shù)據(jù)平臺(tái)，然后將其用于戰(zhàn)略規(guī)劃、建模和預(yù)測(cè)。

Collaborative Advanced Powerful Platform for Analytics (CAPPA) 作為普利司通決策制定的「單一事實(shí)點(diǎn)」。它由一系列 Microsoft 技術(shù)提供支持，包括 Azure Databricks、Azure Purview 和 Azure Synapse Analytics。普利司通 EMIA 數(shù)據(jù)與分析總監(jiān) Onkar Ambekar 表示：「CAPPA 的誕生源于需要集中我們所有的信息，利用基于這些信息的關(guān)鍵見(jiàn)解，然后利用它們?cè)谖覀兊倪\(yùn)營(yíng)中創(chuàng)造有意義的變化?！?/span>

「為此，我們決定建立一個(gè)數(shù)據(jù)湖，我們可以在其中收集和存儲(chǔ)來(lái)自我們業(yè)務(wù)各個(gè)部分的信息——從輪胎和橡膠業(yè)務(wù)到制造方面、供應(yīng)鏈和其他領(lǐng)域?！?/span>

收集數(shù)據(jù)后（使用 Azure Databricks），普利司通可以對(duì)其進(jìn)行分析并利用它來(lái)提高內(nèi)部效率并改善客戶(hù)服務(wù)。

最后，對(duì)于 Microsoft Azure 而言，這一切都是為了為制造商提供增強(qiáng)的、基于云的計(jì)算能力，這些能力從基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)科學(xué)水平延伸到在最強(qiáng)大的硬件上運(yùn)行高級(jí)模擬和設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。它是一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)，是的，它也是一個(gè)不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，永遠(yuǎn)配備最先進(jìn)的 HPC 級(jí)技術(shù)。