GPU侵入产品开发

并行处理继续为CAD,仿真和VR工作带来好处。

并行处理继续为CAD,仿真和VR工作带来好处。

Autodesk. added GPU-based ray tracing to VRED 2021. Image courtesy of Autodesk.


第一代CAD和CAE软件用于PCS旨在为CPU进行所有计算。图形处理单元(GPU)仅用于加速图形显示。在NVIDIA和AMD增加了复杂的并行处理硬件之前,这是一个年份,首先是支持新的视频游戏。它没有’The Long for CAD / CAE软件开发人员实现他们可以使用的GPU中的新功能。 

有一个问题:CPU被设计为顺序处理单元。工程应用不断解决具有挑战性的算法。与求解算法的单螺纹性质相匹配的顺序,不断发展的性质。因此,在几乎每一个CAD,CAE和CAM程序中,CPU都执行了数学繁重的升降,并将GPU传递给屏幕。 

至今,CAD程序主要以串行,单线程模式运行,而GPU使用并行方法处理图形,并执行同一计算数百万次以实现图形现实主义。 CAD供应商可以’T只是在顺序处理中抛弃几代工作。 

尽管如此,工程软件供应商已经找到了利用GPU提供的巨大性能和使用硬件作为产品开发工程的工具。 

工程数据的新用途 

工程工作流程已经从手动流程演变为基于计算机的设计,这些设计更加现实和有形。今天,有10年前的工程工作形式不存在。 

“VR中设计的可视化和模拟的民主化是真正有趣的主题,可以推动GPU周围的讨论,”注意克里斯里瓦尔兹,战略联盟经理 戴尔 用于制造和建筑。 

“直到最近,主流工程工具都是单线上的所有CPU限制,”Notes Andrew Rink是营销团队的高级成员 nvidia. . “但现在设计师和工程师使用多种设计工具,并且有新的功能需要更多的图形加速。有人可能正在使用AutoCAD,但希望将模型放入VR或使用物理上基于物理的渲染工具。这完全改变了动态。如果有人正在考虑实时模拟或VR,则它们需要更高端的GPU。” 

numeca. says its non-linear harmonic of solving transient behavior gains “三个数量级”用GPU运行时解决速度。 图片由Numeca International提供。

“在整个设计工作中,我们都看到了两种趋势,”Glen Matthews表示,产品管理高级经理 AMD . “VR / AR是一个。另一个是在设计内渲染;它缩短了生产周期。这两种趋势都是关于使用可视化更快地设计产品。” 

GPU转换 

Henrik Jensen共同创立的软件公司 松饰 推动3D渲染的边界。它在2006年展示了第一款交互式光线追踪申请。公司’keyshot的初级产品,使用全局照明算法创建了3D对象的物理准确渲染。它已成为专业用途案例的流行,包括产品开发。 

当Lugion开始时,GPU在市场上几年,但主要用于更快的显示,而不是算法处理。 

“keyshot使用了复杂的算法,它们在CPU上运行良好。但他们没有’t map to GPUs,”Jensen说。因此,公司将其开发工作集中在CPU使用中。 

2018年,Jensen参加了一个NVIDIA事件,并看到了RTX规范的原型,其中包括用于光线跟踪的硬件支持,是3D渲染的最常见的照明形式。自2006年以来,詹森对GPU有多远来说印象深刻。该公司决定“新技术开始新鲜 ”对于2019年发布的Keyshot 9。 

“从最新一代的NVIDIA技术开始给了我们一个优势,” he says. 

但废墟没有放弃基于CPU的渲染,有两个原因。一,Jensen说,是现有的钥匙用户的大基础,不使用最新的GPU技术。二,AMD在CPU技术方面有很大的进步。 

通过转换速度造成碎片仪中的岩石DEM 4中的岩石DEM 4的模拟。  图片由岩石鞘提供。

“amd threadripper是惊人的,”Jensen说。 Jensen表示,CPU和GPU的最佳组合将是NVIDIA RTX类GPU和AMD ThreadRipper CPU。 

“对于大多数产品场景,GPU确实提供了炽热性能,但对于具有大量几何和纹理的高度复杂的场景,具有访问更多内存的CPU具有竞争力,” says Jensen. 

在具有高度发散的阴影行为的场景中,在GPU上也是如ThreadRipper这样的CPU。在旨在测试这种阴影的Lugion基准中,Jensen说ThreadRipper 3990x在渲染场景时比NVIDIA RTX 6000更快三倍。精度是另一个因素。 CPU使用双精度64位浮点计算,而GPU使用单精度32位浮点计算。 

“这确实限制了大场景中的准确性,并且可以导致差距或不准确的阴影,” notes Jensen. 

Jensen说,CPU上的钥匙有一个诡计—NURBS的直接射线跟踪。“直接NURBS射线跟踪在使用包含小部分的大型型号时是有益的。” 

全部在ansys 

工程仿真和分析专业ANSYS自2014年以来以自ANSYS 15.0发布以来其产品中的GPU加速。今天,ANSYS产品组合中的九种产品支持GPU,以实现更快的计算性能。 

Discovery Live为上前设计勘探提供交互式,瞬时仿真结果。机械在其若干求解器算法中使用GPU加速度。流畅的和多面流动使用GPU来支持基于压力的耦合求解器和辐射传热模型。 HFSS和HFSS SBR +使用GPU来支持各种频率和时域电磁分析。发出专门从事复杂环境的射频干扰。 Designersi测试信号完整性和电磁干扰分析。 Maxwell适用于2D和3D低频电磁和机电分析。对于许可,ANSYS通常将每个GPU处理在工作站或高性能计算集群中的每个GPU与单核CPU相同。 

ANSYS继续投资GPU。 

“我们的客户可以将典型的Ansys机械模型成分缩短一半,使他们能够在整个生命周期中更快地创新产品, ”Wim Slagter说,ANSYS HPC和云营销总监。 

在使用Fluent的性能测试中,ANSYS比较了使用四核CPU工作站的使用32核CPU工作站,配备了两个Quadro GV100 GPU。 CPU / GPU组合将CPU的工作站超出5.5倍。 

其他应用程序中的GPU

以下提供了GPU如何与CPU的共同计算平台变得越来越常见的示例。 

Altair使用GPU来改善其投资组合的各种仿真和分析功能。 

“可以在GPU上准确模拟多种物理学,”注意一个Altair简介,“探索和评估替代品过夜,并显着加快设计工作流程。”该公司表示,高级监控和预测维护模拟可以使用GPU更快地运行速度快,而不是基于CPU的工作流程。 

Autodesk. 为其许多产品添加GPU加速。 VRID 2021现在在GPU上追踪GPU而不是CPU。在比较CPU和GPU射线跟踪的测试中,将具有40个CPU内核的双CPU工作站与一个,两个和三个NVIDIA RTX 8000 GPU进行比较。一个GPU比CPU的工作站快2.3倍;三GPU工作站速度快6.6倍。最新的别名,Arnold和Fusion360还包括GPU特定的升级。 

克劳勃 提供各种用于计量和其他工程领域的3D测量解决方案。他们的Handyycan 3D,Go!Scan 3D和Metrascan产品需要运行OpenGL 4.5或更高版本的NVIDIA Quadro RTX5000 GPU。 

dyndrite. 是一个软件启动,创建第一个GPU加速的几何内核,加速计算引擎。该软件同时支持各种几何类型,包括曲面网,B-REP,体积数据,体素和四面体网格。 

计算引擎是设计用于工程应用的下一代几何内核的新软件。该软件将同时支持各种几何类型,包括曲面网格,B-REP,体积数据,体素和四面体网格。它是第一个用于支持GPU的几何内核。 图像由Dyndrite提供。

颗粒作业 还开发DEM软件并专注于粉末模拟。该软件针对VOLTA和后来产生的NVIDIA GPU进行了优化。使用16核Intel Xeon工作站CPU作为基准中的1.0分数,配备GPU的工作站的分辨率速度更快,可用于色带混频器模拟。

六边形 MSC Actran 在其2021套噪声,振动和严格仿真应用中提供GPU加速。例如,更新的多边形批量并行求解器使用GPU加速度比以前版本快10倍。 

numeca. 专注于涡轮机械模拟。 Omnis Turbo可以在数千个CPU核心或多个GPU上线性缩放。 Numeca表示,基于GPU的模拟通常比仅CPU运行快2.4倍。 

PTC Creo. 是一个多应用CAD平台。核心设计环境,Creo Parametric,可以使用NVIDIA或AMD GPU来提高各种性能方面。全屏抗锯齿实时允许设计人员使用平滑,准确的边缘。 Creo Simulation Live,Ansys Discovery为Creo的适应,需要来自开普勒,麦克斯韦尔或帕斯卡产品代的NVIDIA GPU。 

罗斯埃尔斯 是粒子物理学的专家,也称为离散元素建模(DEM)。洛矶4中的求解器可以在多个GPU上分发模拟。使用多个GPU的商业规模的高剪切湿造粒模拟能够在公司历史上第一次模拟超过1000万粒子。“这类非常高的粒子计数以前是不可能的,但现在是现实,” the company says. 

TurboStream CD. 优化CPU和GPU使用。在U.K.的一项研究。’剑桥大学表演了一个“typical, routine”使用300万个网格节点的Deverson仿真。模拟需要8小时才能在四核CPU上运行,并使用GPU运行20分钟。

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兰德尔牛顿

Randall S. Newton是Consilia Vektor的主要分析师,涵盖工程技术。自1985年以来,他是计算机图形行业的一部分。

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