CAE (Computer-Aided Engineering)

Tento ukázkový scénář ukazuje doručení platformy SaaS (software jako služba) založené na možnostech vysokovýkonného výpočetního prostředí (HPC) Azure. Tento scénář je založený na technickém softwarovém řešení. Architektura je však relevantní pro jiná odvětví, která vyžadují prostředky PROSTŘEDÍ HPC, jako je vykreslování obrázků, komplexní modelování a výpočet finančního rizika.

Architektura

Stáhněte si soubor aplikace Visio s touto architekturou.

Workflow

• Uživatelé mají přístup k virtuálním počítačům řady NV-series prostřednictvím prohlížeče s připojením RDP založeným na HTML5 pomocí služby Apache Guacamole. Tyto instance virtuálních počítačů poskytují výkonné grafické procesory pro vykreslování a spolupráci. Uživatelé můžou upravovat své návrhy a zobrazovat výsledky, aniž by museli mít přístup k špičkovým mobilním výpočetním zařízením nebo přenosným počítačům. Plánovač roztáčí další virtuální počítače na základě heuristiky definované uživatelem.
• V desktopové relaci CAD mohou uživatelé odesílat úlohy ke spouštění na dostupných uzlech clusteru HPC. Tyto úlohy provádějí úlohy, jako je analýza zatížení nebo výpočty dynamiky výpočetních tekutin, což eliminuje potřebu vyhrazených místních výpočetních clusterů. Tyto uzly clusteru je možné nakonfigurovat tak, aby automaticky škálovaly na základě zatížení nebo hloubky fronty na základě aktivní poptávky uživatelů po výpočetních prostředcích.
• Azure Kubernetes Service (AKS) slouží k hostování webových prostředků dostupných koncovým uživatelům.

Komponenty

• Virtuální počítače řady H-series slouží ke spouštění simulací náročných na výpočty, jako je molekulární modelování a výpočetní dynamika tekutin. Řešení také využívá technologie, jako je připojení vzdáleného přímého přístupu do paměti (RDMA) a sítě InfiniBand.
• Virtuální počítače řady NV poskytují technikům špičkové funkce pracovních stanic ze standardního webového prohlížeče. Tyto virtuální počítače mají grafické procesory NVIDIA Tesla M60, které podporují pokročilé vykreslování a můžou spouštět úlohy s jednou přesností.
• Virtuální počítače pro obecné účely, na kterých běží CentOS, zpracovávají tradiční úlohy, jako jsou webové aplikace.
• Služba Application Gateway vyrovnává zatížení požadavků přicházejících na webové servery.
• Azure Kubernetes Service (AKS) se používá ke spouštění škálovatelných úloh s nižšími náklady pro simulace, které nevyžadují špičkové funkce virtuálních počítačů HPC nebo GPU.
• Altair PBS Works Suite orchestruje pracovní postup PROSTŘEDÍ HPC a zajišťuje, aby byly k dispozici dostatek instancí virtuálních počítačů pro zvládnutí aktuálního zatížení. Uvolní také virtuální počítače, když je poptávka nižší, aby se snížily náklady.
• Blob Storage ukládá soubory, které podporují naplánované úlohy.

Alternativy

• Azure CycleCloud zjednodušuje vytváření, správu, provoz a optimalizaci clusterů PROSTŘEDÍ HPC. Nabízí pokročilé funkce zásad a zásad správného řízení. Azure CycleCloud podporuje jakýkoli plánovač úloh nebo softwarový zásobník.
• Sada HPC Pack umožňuje vytvářet a spravovat cluster Azure HPC pro úlohy založené na Windows Serveru. Sada HPC Pack není možností pro úlohy založené na Linuxu.
• Azure Automation State Configuration poskytuje infrastrukturu jako přístup kódu k definování virtuálních počítačů a softwaru, které se mají nasadit. Virtuální počítače je možné nasadit jako součást škálovací sady virtuálních počítačů s pravidly automatického škálování pro výpočetní uzly na základě počtu úloh odeslaných do fronty úloh. Když je potřeba nový virtuální počítač, zřídí se pomocí nejnovější opravené image z galerie imagí Azure a pak se nainstaluje a nakonfiguruje požadovaný software prostřednictvím konfiguračního skriptu DSC (PowerShell Desired State Configuration).
• Azure Functions

Podrobnosti scénáře

Tento příklad ukazuje poskytovatele technického softwaru, který dodává aplikace CAE (Computer-Aided Engineering) do technických firem a výrobních podniků. Řešení CAE umožňují inovace, zkracují dobu vývoje a snižují náklady po celou dobu životnosti návrhu produktu. Tato řešení vyžadují značné výpočetní prostředky a často zpracovávají velké objemy dat. Vysoké náklady na místní zařízení HPC nebo vysokovýkonné pracovní stanice často vystavily tyto technologie mimo dosah malých technických firem, podnikatelů a studentů.

Společnost chce rozšířit trh svých aplikací vytvořením platformy SaaS založené na cloudových technologiích HPC. Jejich zákazníci by měli být schopni platit za výpočetní prostředky podle potřeby a přistupovat k obrovskému výpočetnímu výkonu, který by jinak nedostupný.

Mezi cíle společnosti patří:

• Využití možností prostředí HPC v Azure k urychlení procesu návrhu a testování produktu
• Použití nejnovějších hardwarových inovací ke spouštění složitých simulací a minimalizaci nákladů na jednodušší simulace.
• Povolení vizualizace a vykreslování true-to-life ve webovém prohlížeči, aniž by vyžadovala vysokovýkonnou technickou pracovní stanici.

Potenciální případy použití

Tento scénář se týká médií, financí, výroby, vzdělávání, energie a životního prostředí. Mezi další relevantní případy použití patří:

• Výzkum v oblasti genomiky
• Simulace počasí
• Výpočetní chemické aplikace

Důležité informace

Tyto aspekty implementují pilíře dobře architektuře Azure, což je sada hlavních principů, které je možné použít ke zlepšení kvality úlohy. Další informace naleznete v tématu Microsoft Azure Well-Architected Framework.

• Použití infrastruktury jako přístupu ke kódu představuje skvělý způsob správy definic sestavení virtuálních počítačů, ale zřízení nového virtuálního počítače pomocí skriptu může trvat dlouhou dobu. Toto řešení nalezlo dobrou střední úroveň pomocí skriptu DSC k pravidelnému vytvoření zlaté image, která se pak dá použít k rychlejšímu zřízení nového virtuálního počítače než k úplnému sestavení virtuálního počítače na vyžádání pomocí DSC. Azure DevOps Services nebo jiné nástroje CI/CD můžou pravidelně aktualizovat zlaté image pomocí skriptů DSC.
• Vyrovnávání celkových nákladů na řešení s rychlou dostupností výpočetních prostředků je klíčovým aspektem. Zřízení fondu instancí virtuálních počítačů řady N-series a jejich umístění do uvolněného stavu snižuje provozní náklady. Pokud je potřeba další virtuální počítač, bude se při opětovném přidělení existující instance vyžadovat zapnutí virtuálního počítače na jiném hostiteli, ale čas detekce sběrnice PCI vyžadovaný operačním systémem k identifikaci a instalaci ovladačů gpu se eliminuje, protože virtuální počítač, který je zrušený, a potom znovu zřízení zachová stejnou sběrnici PCI pro GPU při restartování.
• Původní architektura se plně spoléhala na virtuální počítače Azure pro spouštění simulací. Aby se snížily náklady na úlohy, které nevyžadují všechny možnosti virtuálního počítače, byly tyto úlohy kontejnerizovány a nasazeny do služby Azure Kubernetes Service (AKS).
• Pracovníci společnosti měli stávající dovednosti v opensourcových technologiích. Tyto dovednosti můžou využít tím, že budou vycházet z technologií, jako je Linux a Kubernetes.

Optimalizace nákladů

Optimalizace nákladů se zabývá způsoby, jak snížit zbytečné výdaje a zlepšit efektivitu provozu. Další informace najdete v tématu Přehled pilíře optimalizace nákladů.

Abychom vám pomohli prozkoumat náklady na provoz tohoto scénáře, mnoho požadovaných služeb je předem nakonfigurované v příkladu kalkulačky nákladů. Náklady na řešení závisí na počtu a škále služeb potřebných ke splnění vašich požadavků.

Následující aspekty budou řídit podstatnou část nákladů na toto řešení:

• Náklady na virtuální počítače Azure se při zřizování dalších instancí zvyšovat lineárně. U virtuálních počítačů, které jsou uvolněné, se účtují pouze náklady na úložiště, a ne náklady na výpočetní prostředky. Tyto uvolněné počítače se pak dají znovu přidělit, když je poptávka vysoká.
• Náklady na službu Azure Kubernetes Service jsou založené na typu virtuálního počítače, který je zvolen pro podporu úlohy. Náklady se budou lineárně zvyšovat na základě počtu virtuálních počítačů v clusteru.

Další kroky

• Přečtěte si příběh zákazníka Altair. Tento ukázkový scénář je založený na verzi jejich architektury.
• Projděte si další řešení Big Compute dostupná v Azure.

Související prostředky

• Vysokovýkonné výpočetní prostředí (HPC) v Azure
• Spuštění softwaru simulace zásobníku v Azure
• Správa dodržování předpisů virtuálních počítačů
• Pokyny k monitorování a diagnostice