MSC.Nastran HPC解决方案
HPC解决方案
云上使用模式： 基于提供的HPC服务进行即开即用的高性能计算。
痛点： • 资源紧张：规模小、规格旧、能力不足 • 不易用：缺乏可视化的操作 • 无弹性：无法响应突发的计算需求 • 成本高：需要自己维护集群
价值： • 灵活弹性：底层资源随时供应，从容应对突发的
计算需求 • 性能：云HPC综合性能显著由于客户现有集群，
HPC EDA方案核心技术
EDA 应用适配 智能调度 自动伸缩 混合算力 静态／动态集群 多调度器集成
Flow 自定义
核心技术
HPC EDA应用适配
HPC EDA方案
解决方案架构说明
1. 通过HPC平台动态构建集群，按 需分配计算资源。
2. 通过HPC平台满足高算力需求， 提升效率，降低成本。
• 提供丰富的软硬件环境，覆盖各个主要学科、核 心领域
• 充分发挥公有云弹性、灵活、海量、资源最新的特点，实 现HPC负载灵活调度到公有云
• 公有云与本地高性能计算中心实现网络高速互通 • 利用公有云的网络优势，实现广域用户的接入和管理，打
破物理地域的界限
利用混合云架构，实现兼顾高性能、灵活性、简化运维、卓越用户体验。
Workflow 定制
算力编排层
目标策略 集群生命周期管理
作业调度
队列管理 多调度器支持
资源分配Leabharlann 自动伸缩 作业监控 低成本算力
任务管理 多云对接 消息通知
Local Site
Cloud
轻松构建HPC混合云
基于私有云的大规模、集中式高 性能计算中心
基于公有云的高性能计算服务
• 线下大规模、集中式的高性能集群，并采用私有 云平台进行统一管理
HPC
Cluster 03 Cluster 04
MSC_Nastran模块介绍_2012
MSC Nastran 模块功能介绍1.MSC Nastran Basic 1003 （License文件中的授权特征名：NA_NASTRAN）MSC Nastran基本模块，功能包括线性静力分析、模态分析及屈曲分析。
MSC Nastran 基本模块求解规模无节点限制，可对多种单元、材料、载荷工况进行评估，实现线性静力分析（包括屈曲分析）和模态分析（包含流固偶合即虚质量方法和水弹性方法）。
线性静力分析，预测结构在静力条件下的线性响应（位移、应变、应力），即小变形和不考虑非线性因素的情况，包括屈曲分析（稳定性分析）。
模态分析能了解结构的固有频率（振动模态）特征，帮助评估结构的动力特性。
2. MSC Nastran Dynamics 1025 （License文件中的授权特征名：NA_Dynamics）结构动力学分析是MSC Nastran的主要强项之一，它具有其它有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
MSC Nastran动力学分析功能包括: 正则模态，复特征值分析，频率及瞬态响应分析，随机响应分析，冲击谱分析等。
3. MSC Nastran Connectors 10002 （License文件中的授权特征名：NA_Connectots）MSC Nastran连接单元，可以模拟点焊，铆接，螺栓连接等。
允许创建点-点，点-面，面-面连接。
可以用焊接单元将任意的两个部件的网格连接在一起，并自动处理与任意类型单元之间的连接。
4. MSC Nastran ADAMS Integration 10233 （License文件中的授权特征名：NA_ADAMS_Integration）MSC Nastran 与ADAMS的接口，使用ADAMS进行柔性体分析时，需导入MSC Nastran计算所生成的模态中性文件，MSC Nastran ADAMS Integration可使MSC Nastran 计算生成ADAMS所需要的柔性体模态中性文件。
MSC_Nastran
MSC.Nastran 介绍全球功能最强、应用最为广泛的有限元分析软件MSC.Software 公司自 1963 年开始从事计算机辅助工程领域 CAE 产品的开发和研究。
在 1966 年，美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求， 招标开发大型有限元应用程序，MSC.Software 一举中标，负责了整个 NASTRAN 的开发过程。
经过 40 多年的发展，MSC.Nastran 已成为 MSC 倡导的虚拟产品开发(VPD)整体环境最主要的 核心产品， MSC.Nastran 与 MSC 的全系列 CAE 软件进行了有机的集成， 为用户提供功能全面、 多学科集成的 VPD 解决方案。
MSC.Nastran 是 MSC.Software 公司的旗舰产品，经过 40 余年的发展，用户从最初的航 空航天领域，逐步发展到国防、汽车、造船、机械制造、兵器、铁道、电子、石化、能源材 料工程、科研教育等各个领域，成为用户群最多、应用最为广泛的有限元分析软件。
MSC.Nastran 的开发环境通过了 ISO9001:2000 的论证， MSC.Nastran 始终作为美国联邦 航空管理局(FAA)飞行器适航证领取的唯一验证软件。
在中国，MSC 的 MCAE 产品作为与压力 容器 JB4732-95 标准相适应的设计分析软件， 全面通过了全国压力容器标准化技术委员会的 严格考核认证。
另外，MSC.Nastran 是中国船级社指定的船舶分析验证软件。
赛车部件分析ISO9001:2000 论证通过证书一．MSC.Nastran 的特色极高的软件可靠性，经过无数工程问题的验证 独特的结构动力学分析技术 完整的非线性求解技术 高效率的大型工程问题求解能力 – ACMS 方法 针对大型问题的优化技术和设计灵敏度分析技术 高度灵活的开放式结构，功能独特的用户化开发工具 DMAP 语言 独特的空气动力弹性及颤振分析技术1独特的多级超单元技术，支持 MSC.Nastran 所有的分析类型 作为工业标准的输入/输出格式 高效的分布式并行计算二．MSC.Nastran 的分析功能1．静力分析MSC.Nastran 的静力分析功能支持全范围的材料模式,包括：均质各向同性材料、正交 各项异性材料、各项异性材料和随温度变化的材料等。
HPC解决方案
HPC并行计算解决方案简介随着技术的发展，客户对现有的应用系统提出了更高计算能力要求。
大规模的并行计算的方式激发有关行业对高性能计算机的需求：金融行业规避风险需要提升预测分析能力，高性能计算是重要手段；超级计算是精确地震预报、灾害天气预报的主要手段；此外，在应对能源和自然资源枯竭危机、环境污染、疾病威胁等人类面临的重大问题的进程中，在探索宇宙、物质和生命现象奥秘的过程中，高性能计算扮演着极为重要的角色。
这些都为我国高性能计算中心的发展提供了极大的机遇。
为了实现更强的计算和分析海量数据的能力，满足由于快速计算所带来的临时计算数据对存储的较高的持续带宽要求。
随着计算体系结构和计算能力的变化，传统的基于主机的存储架构成了新的瓶颈。
于是，作为后起之秀的Linux 集群系统，吸取了SP 大规模并行机的诸多优势，并且将SP 上的优秀的系统管理软件和并行处理方面的程序移植到Linux 集群系统上，如并行系统管理软件PSSP 和通用并行文件系统GPFS 等，从而使Linux 集群系统不仅能在并行运算方面的性能得到保障，增强了集群系统的可管理性，而且采用具有高可用性的IBM xSeries 服务器，可以大大降低成本。
近年来，高性能计算已经由传统的大主机方式逐渐向集群方式转变。
在TOP500 排行榜中，采用集群方式的高性能计算系统处于快速壮大之中。
IBM在高性能运算领域的优势高性能计算多年来一直是科技综合实力竞争的制高点，也在一定程度上反映了各大公司在系统研发方面的实力。
在过去十年中，高性能计算技术正处于创新的高峰期，其处理速度和总体计算能力的发展远高于摩尔定律描绘的芯片技术的发展速度。
作为行业的技术领先者，IBM公司在这一领域积累了长达半个世纪的丰厚经验，并在关键技术领域不断创新，发明了包括并行处理、对称多处理机和高性能计算机系统等并行计算的核心技术，并通过它们始终保持着在业界的领先水平。
过去20年以来，IBM的专利数量都一直居于所有美国公司的首位。
MSCNastran操作与实战培训教程分解
MSCNastran操作与实战培训教程分解随着工程技术的不断发展和进步，越来越多的企业开始采用MSCNastran这款优秀的有限元分析软件来进行机电产品的设计及分析，它是目前世界公认的有限元分析软件中最为优秀和实用的一款软件之一。
因此，对于想要真正深入学习MSCNastran软件的人来说，必须要进行一些系统的操作与实战培训，并且对于这个软件的分解也是非常必要的。
MSCNastran的操作教程1.软件的安装首先要进行的操作就是把MSCNastran软件进行安装，因此，在进行安装操作的时候，首先要确认自己的电脑是否符合安装的要求，再选择合适的安装路径，最后根据安装向导进行安装。
2.软件的集成安装完成后，需要运行MSCNastran软件并将其集成到自己的工程中，这个过程需要掌握软件的使用方法、操作步骤、及相关问题的解决方案等。
3.进行模型的建立建立模型是一项非常重要的操作，该操作需要熟知MSCNastran软件的各种建模方法，如块模型法、无限域法、及高级建模技术等，并对这些方法进行深入理解与掌握。
4.进行单元网格的划分模型创建完成后，需要进行单元网格的划分，这个过程必须要掌握MSCNastran中单元网格划分的方法及相关的技术。
5.进行分析的设置分析的设置是在进行有限元分析前必须进行的操作，需要按照一定的流程和步骤进行分析的设置，并对其进行相关的参数配置，使之达到最理想的分析效果。
6.进行模型的优化在进行模型优化时，需要掌握MSCNastran的多种优化技术和方法，如模型的形状优化、参数优化、及约束优化等，并根据模型的实际情况进行优化处理。
MSCNastran的实战培训MSCNastran的实战培训是一项非常重要的教学内容，通过实际的操作与实验，可以让学习者更直观地了解软件的操作方法和技巧，并且可以熟悉真实的工程场景，更好的实现软件的应用。
实战教学需要以实际的机电产品为样本，使用MSCNastran软件进行分析和优化处理，让学员通过实际的操作和实验加深对工程实践的认识，掌握软件的实用方法和技巧。
NASTRAN多核求解配置问题
MD NASTRAN多核计算问题
By superuirui
多核的计算机，在NASTRAN中称为SMP（Share memory parallel）。
关于多核计算机的设置，首先要确定所使用的NASTRAN必须具有对应于SMP的License （即有并行计算的模块）。
如果所使用的NASTRAN版本有SMP的License，就可以配置NASTRAN在计算时使用多核进行计算。
在一台计算机上设置NASTRAN多核计算主要有以下几种方法：
方法一：在NASTRAN的计算文件中进行配置
在NASTRAN的计算文件（即bdf文件）中加入NASTRAN parallel=n或NASTRAN system(107)=n并行控制语句，其中n是启用的处理器核心数，语句具体加入位置如图1所示。
图1 并行设置
在f04文件中可以看到并行设置的结果，如图2所示。
图2 设置结果
这种设置方法只适用于某个求解问题，即正在做的求解模型。
方法二：在NASTRAN的rcf文件中进行配置
在MSC. Nastran的安装目录（如D:\MSC.Software\MSC_Nastran\conf）下的*.rcf文件中（用记事本打开）增加下面的一行：
parallel=n（或system(107)=n）
其中n是启用的处理器核心数。
这种配置方法适用于所有的求解模型。
方法三：在NASTRAN的命令行方式进行
在分析求解模型时，原有命令行求解方式为：NASTRAN *.bdf
增加SMP求解功能的方式为：NASTRAN *.bdf PARALLEL=n（其中n是启用的处理器核心数）。
以上方式均可实现NASTRAN的SMP求解功能。
高性能计算(HPC)资源管理和调度系统解决方案
网络安全：整个系统只需要在防火墙上针对特定服务器开放特定端口，就可以实现正常的访问和使用，保证了系统的安全性。数据安全性：通过设定ACL（访问控制列表）实现数据访问的严格控制，不同单位、项目、密级用户的数据区严格隔离，保证了数据访问的安全性。用户任务的安全性。排他性调度策略，虚拟机隔离用户账户的安全性。三员管理：系统管理员、安全管理员、审计管理员三个权限分离，互相监督制约，避免权限过大。审计系统。保证所有与系统安全性相关的事件，如：用户管理（添加、删除、修改等）、用户登录，任务运行，文件操作（上传，下载，拷贝，删除，重命名，修改属性）等都能被记录，并通过统计分析，审查出异常。密级管理。支持用户和作业的密级定义。
基于数据库的开放式调度接口
案例 用户自定义调度策略：需要根据用户余额来对其作业进行调度，如果用户余额不足，该用户的作业将不予调度。 解决方案： 针对上述需求可以自定义作业的准备阶段，在数据库中为该阶段定义一存储过程用来检测用户余额信息表，根据作业所对应的用户余额来返回结果，例如： Step 1. 根据数据库开放schema配置该自定义调度策略 表 POLICY_CONF:POLICY_NAME | POLICY_ENABLEmy_policy_01 | true Step 2. 为自定义调度策略my_policy_01自定义作业准备阶段 表JOB_PREPARE_PHASE: POLICY_NAME | READY_FUNC | REASON_IDX my_policy_01 | check_user_balance | 4 check_user_balance 为方案中所描述的存储过程，其接口需要满足作业准备阶段自定义的接口要求，其实现细节如下：
现有的LSF集群系统不用作任何改动，包括存储、操作系统、LSF、应用程序和二次开发的集成脚本等。大大降低了系统的整合的难度和工作量。也有利于保护现有的投资。同时考虑到了作业以及相关数据的转发。降低了跨集群作业管理的难度。数据传输支持文件压缩和断点续传，提高了作业远程投送的效率和稳定性。支持https加密传输，安全性更强。
MSC.Nastran高性能计算功能介绍
MSC.Nastran 名称介绍为了缩短MSC.Nastran 计算时间，MSC.Nastran 主要利用如下技术：1. MSC Nastran 共享内存并行计算，通过单机多CPU 并行计算技术，用来实现大模型的求解，缩短计算时间，提高分析效率；2. MSC Nastran ACMS 模块，即自动部件模态综合法，通过整车模型由一个整体矩阵剖分为多个子结构，单独计算每个子结构，后超单元技术，重新生成系统整体响应。
可以使用分析时间缩短为原来的四分之一或更低，计算频率阶数越多，该方法效率越高；3. MSC Nastran 分布式并行计算，与ACMS 模块结合，通过分布式并行计算技术将子结构分配到多台计算，用来实现大模型的求解，缩短计算时间，提高分析效率。
MSC Nastran Distributed Parallel (DMP)支持频率域，几何域，自由度域的划分方法，与ACMS 模块结合，大幅缩短计算时间。
MSC.Nastran 2013 HPC 计算配置提交计算时，使用MODE ＝i8内存无限制模式，充分利用硬件资源，加速计算，输入格式如下：修改相应目录下，Nastran配置文件，充分调用硬件资源进行计算, 路径为（根据个人电脑设置，该路径会不同）：C:\MSC.Software\MSC_Nastran\20130\conf\NAST20130.rcf在该文件中添加或修改如下：BUFFSIZE=ESTIMATEPARALLEL=NPROC（例如4或8，32等，要确定有SMP模块）MEMORY=MAXMEMORYMAX=0.85*PHYSICAL（指计算机物理内存）MSC.Nastran 2013 HPC测试案例测试模型1，TRIM模型，节点数130万，单元数129万，自由度为750万，使用MSC.Nastran 的SMP和ACMS模块分别进行2次计算，二次计算总结如下表。
表1－1 750万模型测试备注：1、0～45Hz次计算时，使用硬盘为SCSI盘；0～75Hz使用硬盘为SSD固态硬盘，读写速度更快。
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MSC.Nastran HPC解决方案9/20/2018
Agenda 1
1.MSC.Nastran文件、内存管理系统介绍
2.HPC中计算分析介绍
a)MSC Nastran SMP和DMP方法应用场景介绍；
b)并行迭代求解：CASI设置
c)Pardiso求解应用介绍
d)自动部件模态综合法（ACMS）应用介绍；
i.阻尼定义、快速频响分析；
ii.频变单元与求解速度；
iii.外声场分析，弱耦合分析介绍，一体化动力系统声辐射分析应用优势；
iv.自动化选择求解介绍
e)模态综合法（CMS）应用介绍，加速计算优势，振动能量
f)优化方法（SOL 200）加速能力介绍
g)基于重启动NVH性能分析加速介绍
3.MSC.Nastran过程文件解读
a)F04、log文件解读
b)F06 reader应用介绍
4.MSC.Nastran HPC计算常用参数配置介绍
1. 内存
•MEMORY=MAX •系统文件缓存区域
MSC.Nastran如何调用系统内存
•多少内存被系统调用
•F04有被调用内存总结
•该作用内存设置为：memory=max
•Nastran buffsize=32579
2. HPC 计算分析介绍
a)MSC Nastran SMP和DMP方法应用场景介绍；
b)并行迭代求解：CASI设置
c)Pardiso求解应用介绍
d)自动部件模态综合法（ACMS）应用介绍；
i.阻尼定义、快速频响分析；
ii.频变单元与求解速度；
iii.外声场分析，弱耦合分析介绍，一体化动力系统声辐射分析应用优势；
iv.自动化选择求解介绍
e)模态综合法（CMS）应用介绍，加速计算优势，
振动能量
f)优化方法（SOL 200）加速能力介绍
g)基于重启动NVH性能分析加速介绍
MSC.Nastran SMP/DMP
•利用多处理器并行技术，缩短计算时间
•可与MSC.Nastran ACMS 结合使用
•可与MSC.Nastran distributed memory parallel (DMP) 结合使用•利用多处理器技术以及多机分布式问题解决方案，可实现多级DMP 功能
并行迭代求解器
•CASI 迭代求解器
•显著减少I/O的使用
•分析类型
•线性和非线性接触
•非线性瞬态结构分析
•主要针对实体单元非常有效
Pardiso求解器介绍
•MSC Nastran自2014 使用AVX2 支持MKL libraries.
•基于Intel MKL优化，Pardiso求解器支持SOL 101/108/400等•Executive Control -SPARSESOLVER
•SOL 101
sparsesolver dcmp(factmeth=prdldl, ordmeth=prdsmpms)•SOL 107
sparsesolver cead(factmeth=prdlu, ordmeth=prdsmpms)•SOL 108/111
sparsesolver frrd1 (factmeth=prdlu, ordmeth=prdsmpms)
•注意
•Pardiso求解器通常比MSCLDL 和MSCLU使用更多内存。
尝试设置参数memorymax=0.7*physical，使用物理内存总量的70-80%，以获得最佳性
能。
•选项“prdsmpms” 是SMP 并行参数相关项，系统根据求解规模，自动选择线程数目，最大数目小于DMP*PARALLEL。
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
AVX AVX2 E
l
a
p
s
e
d
T
i
m
e
(
s
e
c
)
AVX vs AVX2 对比。