目前,智能制造已经成为制造业迈向现代化、增强竞争力的必然过程,其主要的手段就是广泛采用基于高性能计算的CAD/CAE/CAM技术,实现“虚拟产品设计与优化仿真”,以促进传统制造业改造,提高制造业产品研制能力。在实现智能制造的背后,无疑需要大数据和超强的计算能力作为支撑。

高性能计算为智能制造提供支撑

作为由市政府投资建设的重要信息基础设施,上海超级计算中心是国内首家面向社会开放的、资源可共享的高端计算平台。该项目列入2000年上海一号重大工程,于2000年年底正式建成并投入运行。服务领域遍及地球科学、环境科学、计算机技术、社会科学、土木工程、汽车、船舶、钢铁、航空航天、机械、核电、新材料等众多领域。

上海超级计算中心副主任 李根国

据上海超级计算中心副主任李根国介绍,为了满足工业和科学计算等不同类型的需求,上海超算中心已经更新了6代超级计算机,目前正在服役的是2015年投入使用的是由曙光搭建的基于英特尔至强可扩展处理器的“魔方-2”超级计算机,其计算能力达到了400万亿次/秒(400Tflops)。

同时,上海超算中心还搭建了新一代工业仿真云平台,以制造业智能研发需求为导向,专注于研发设计过程中的数字化仿真可远程监控和运维管理,可融入企业研发设计流程,从而使得企业可以更便利的来使用后台的计算能力。工程师只需要专注于本身的设计工作,所有的流程包括数据计算和回传等等,都不需要工程师来关心。

那么,高性能计算到底是如何应用于制造业的呢?

在航空航天领域中,数值计算被大量地用于飞行器设计、飞行过程模拟等。例如,在飞机设计过程中,数值计算是方案设计总体和气动设计的最为重要手段之一。人们可以通过计算空气动力学,观察计算模拟的流动现象,分析计算结果,验证设计思想和方法,优化设计方向,为设计工作的推进提供有力的数据支持。

此外,人们还可以通过计算模拟,对航天器材的结构设计、材料特性等进行优化和改进等。上海超算中心为支线客机ARJ21、大飞机919、宽体客机C929、飞机发动机、卫星设备、空间与飞船对接结构预演设计都提供过计算服务。

而在汽车工业中,高性能计算模拟也已经成为必不可少的研究开发手段之一,企业主要通过数值仿真进行车型设计、性能分析、安全评估和改进。

英特尔助力实现10倍性能飞跃

上海超算中心的第一台机器是国产的神威,也就是现在“神威·太湖之光”超级计算机的研制厂商。李根国对记者表示,国产超算最大的问题就在于用户使用层面,非x86的机器在生态系统方面是非常薄弱的,例如用户并不是把源程序重新编一下就可以,而是需要按照它的算法重新写程序,这对于成千上万行的计算程序来说,是非常不利于工作的开展。

因此,早在2002年,上海超算中心就决定和英特尔开始进行合作,搭建了基于x86架构的第一代至强可扩展处理器的超算系统,为企业提供工业工程方面的计算服务。同时,上海超算中心也与英特尔成立了联合实验室,每一代英特尔处理器都会提供给中心一个白板机,对所有科学计算的应用进行详细测试,从而得出性能的提升数据。

李根国说到,现在回顾来看计算方面有两个重要事件。首先,最直接的推动是32位到64位的进步,由于突破了2G的内存限制,64位对于科学计算人是一个革命性的一步。其次是英特尔的向量带宽的应用,帮助计算性能实现了本质性的提高。在每一代产品中都能够看到英特尔创新的步伐,对于科学研究的计算是一个飞跃性的促进。

就在今年4月,英特尔发布了第二代英特尔至强可扩展处理器,覆盖了从智能边缘到云,到AI和5G等各种应用环境。新的处理器嵌入了一系列全新功能,包括集成了加速人工智能深度学习推理的英特尔深度学习加速技术。同时,支持英特尔傲腾数据中心级持久内存,提供兼具经济性和大容量的持久内存功能。与此同时,英特尔推出50多款工作负载优化的英特尔至强处理器,以及几十款与客户深度合作的定制处理器,其中包括56核、12内存通道的英特尔至强铂金9200处理器,提供了业界领先的处理性能。

李根国对此表示,第二代英特尔至强可扩展处理器更多的是面向大数据和人工智能的需求,其实大数据、人工智能计算与科学计算是不同的,科学计算是浮点运算,处理器的主频越高越好,但是现在大数据的处理是有定点的计算,处理的图像、声音是定量的,因此就需要CPU吞吐能力更强,管理内存的能力更强,能够很快地和硬盘交换数据,同时提升带宽,才能够得到很好的性能。

第二代英特尔至强可扩展处理器在兼顾科学计算的同时,也兼顾了新的大数据和人工智能的需求,这在超算里也是一个新的发展方向。上海超算中心作为政府的公共服务平台,一方面在为传统的科学家提供计算资源,另一方面也会利用人工智能技术,面向制造业、自动驾驶等新的应用方向提供超级算力作为支撑。

据悉,基于英特尔的第二代至强可扩展处理器和互联网OPA,上海超算中心已经启动了超算系统的更新,预计将会更新1200个节点,接近4万个核心,最终组成一台超级计算机。在成本、耗电量不变的情况下,性能将会从目前的400T提升到3.3P,提高了10倍,能够为科学家提供飞跃式的计算能力,而这距离上一台超算仅仅过去四年的时间。

从人工智能到大数据分析,到仿真和建模,基于第二代英特尔至强可扩展处理器,英特尔的高性能计算平台无疑拥有了目前最为强大的计算能力、内存、存储、架构和加速功能相结合,从而能够为制造业提供强大算力,应对当前和未来的挑战。

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