電磁仿真(HFSS、CST、FEKO)時(shí)域頻域臺(tái)式集群配置推薦2018
目錄
1.電磁仿真計(jì)算特點(diǎn)與硬件配資分析
2.電磁仿真計(jì)算絕配~UltraLAB工作站介紹
3.電磁仿真計(jì)算硬件配置（單機(jī)與集群）推薦
一．電磁仿真計(jì)算特點(diǎn)與硬件配置分析
電磁場(chǎng)仿真軟件廣泛應(yīng)用于無線和有線通信、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、雷達(dá)、半導(dǎo)體和微波集成電路、航空航天等領(lǐng)域，從毫米波電路、射頻電路封裝設(shè)計(jì)驗(yàn)證，到混合集成電路、PCB板、無源板級(jí)器件、RFIC/MMIC設(shè)計(jì)，天線設(shè)計(jì)，微波腔體、衰減器、微波轉(zhuǎn)接頭、波導(dǎo)錄波器等設(shè)計(jì)等
1.1 電磁仿真算法分類、計(jì)算特點(diǎn)
計(jì)算電磁學(xué)（CEM）方法大致可分為2類：精確算法和高頻近似方法。
（1）全波精確計(jì)算法
包括差分法（FDTD，F(xiàn)DFD）、有限元（FEM）、矩量法（MoM）以及基于矩量法的快速算法（如快速多極子FMM和多層快速多極子MLFMA）等，其中，在解決電大目標(biāo)電磁問題中最有效的方法為多層快速多極子方法。
（2）高頻近似方法
一般可歸作2類：一類基于射線光學(xué)，包括幾何光學(xué)（GO）、幾何繞射理論（GTD）以及在GTD 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一致性繞射理論（UTD）等；另一類基于波前光學(xué)，包括物理光學(xué)（PO）、物理繞射理論（PTD）、等效電磁流方法（MEC）以及增量長(zhǎng)度繞射系數(shù)法（ILDC）等
算法計(jì)算特點(diǎn)匯總?cè)缦?br />
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NO |
關(guān)鍵項(xiàng) |
時(shí)域算法 |
頻域算法 |
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1 |
主要算法 |
時(shí)域有限差分 FDTD |
時(shí)域有限積分 FIT |
有限元 FEM |
矩量法 MOM |
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2 |
典型軟件 |
EMPIRE XPU XFDTD EMPro |
CST |
HFSS EMPro JMAG FLU |
FEKO Momentum Sonnet |
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3 |
計(jì)算特點(diǎn) |
線性加速比高、高度多線程， 支持多核CPU 支持大型GPU 內(nèi)存要求不高 回寫很少 |
多線程，線性加速有限 支持多核CPU并行求解 內(nèi)存要求高 回寫有
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小結(jié)
1.時(shí)域算法，屬于顯式算法，傳統(tǒng)的CPU多核加速比好，核數(shù)越多計(jì)算越快，此外，并行度高，支持GPU加速計(jì)算，注意大部分求解器對(duì)GPU要求是雙精度計(jì)算為主，也就是說需要用雙精度性能高的GPU卡
2 頻域算法，屬于隱式算法，支持多核并行計(jì)算，但核數(shù)并行計(jì)算有限，不支持GPU計(jì)算，提升性能的手段，就是提升CPU的頻率，足夠大的內(nèi)存，值得注意當(dāng)內(nèi)存非常大的時(shí)候（超過192GB），硬盤io性能非常關(guān)鍵
1.2 對(duì)并行計(jì)算求解過程分析
如何配置CPU要根據(jù)求解過程和算法特點(diǎn)，尤其要了解時(shí)域、頻域兩大算法特點(diǎn)緊密結(jié)合，這樣才能更高效更合理，從并行求解流程圖看，循環(huán)計(jì)算過程是單核和多核交叉過程
上圖可以看出，CPU選型非常重要，CPU睿頻足夠高，大幅縮短【階段1】求解時(shí)間，和整機(jī)足夠核數(shù)+高頻運(yùn)行，大幅縮短【階段2】的求解器解算時(shí)間
常規(guī)工作站賣家，提供的機(jī)器往往多核忽視了睿頻的重要性，整個(gè)計(jì)算過程效率非常低，
因此 硬件配置注意：
1.如果是時(shí)域算法為主，例如 FDTD、FIT求解器，由于并行度高，工作站配置盡量多核，可顯著提升求解速度，同時(shí)注意階段1睿頻高的處理器更快，如果是以GPU計(jì)算為主，可以配置CPU頻率高，核數(shù)少的，這樣整個(gè)過程顯著提升
2.如果是隱式算法為主，例如 FEM，MOM求解器，由于并行度有限，一定要睿頻盡可能高，同時(shí)保證足夠的核數(shù)的并行，這樣整個(gè)求解過程無死角瓶頸
3.如果是多種算法并用，CPU要足夠核數(shù)與高睿頻之間選擇一個(gè)兼顧的規(guī)格，三種應(yīng)用（時(shí)域算法、頻域算法、混合算法）都均能確保工作站硬件計(jì)算性能最大化
考慮到上述計(jì)算特點(diǎn)，CPU的選擇對(duì)整個(gè)求解過程極其重要，下面是最新上市的intel Xeon Schalable(可擴(kuò)展)處理器多種規(guī)格，UltraLAB選型分析：
1.3 CEM求解規(guī)模與硬件配置推薦
a）基于時(shí)域算法~UltraLAB硬件配置參考（CPU類）
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NO |
分類 |
規(guī)模劃分 |
核數(shù) |
全核頻率 |
睿頻 |
內(nèi)存 |
并行存儲(chǔ) |
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1 |
小規(guī)?！?/span> |
<50倍波長(zhǎng) |
14核 |
4.6GHz |
4.6GHz |
32GB |
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18核 |
4.5GHz |
4.5GHz |
64GB |
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2 |
中等規(guī)模 |
50~100倍波長(zhǎng) |
36核 |
3.1GHz |
3.7GHz |
64GB |
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40核 |
3.1GHz |
3.7GHz |
96GB |
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3 |
大規(guī)?！?/span> |
100~200倍波長(zhǎng) |
48核 |
3.5GHz |
3.7GHz |
96GB |
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56核 |
3.3GHz |
3.8GHz |
192GB |
13*4TB |
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4 |
超大規(guī)模 |
>200倍波長(zhǎng) |
96核 |
2.8GHz |
3.3GHz |
512GB |
13*4TB |
b）基于頻域算法~UltraLAB硬件配置參考
NO 分類 規(guī)模劃分 核數(shù) 全核頻率 睿頻 內(nèi)存 并行存儲(chǔ) 1 小規(guī)模 <20萬網(wǎng)格(</100萬未知量) 14核 4.6GHz 4.6GHz 128GB 20萬~80萬網(wǎng)格(100~400萬未知量) 18核 4.5GHz 4.5GHz 192GB 2 中等規(guī)模 80萬~200萬網(wǎng)格(400萬~1000萬未知量) 24核 4GHz 4.2GHz 256GB 200萬~500萬網(wǎng)格 36核 3.7GHz 3.7GHz 384GB 8*4TB (1000萬~2500萬未知量) 3 大規(guī)模 500萬~1000萬網(wǎng)格(2500萬~5000萬未知量) 48核 3.5GHz 3.7GHz 768GB 10*4TB 4 超大規(guī)模 1000萬~2000萬網(wǎng)格 (5000萬~1億未知量) 56核 3.3GHz 3.8GHz 1.5TB 13*4TB 5 超大規(guī)模 >2000萬網(wǎng)格(>1億個(gè)未知量) 集群18*6 =108 4.4GHz 4.4GHz 192GB 并行存儲(chǔ)
c）基于超大規(guī)模時(shí)域算法求解GPU選型
如果以GPU求解為為主，可選的GPU卡參考下表
No 型號(hào) 顯存(MB) CUDA核 顯存帶寬 (GBs) 浮點(diǎn)計(jì)算指標(biāo) TFlops -單精度 浮點(diǎn)計(jì)算指標(biāo) TFlops -雙精度 散熱 1 Tesla V100 16GB HBM2 5120 900 14.90 7.45 服務(wù)器 2 Tesla P100 16GB HBM2 3584 721 9.52 4.76 服務(wù)器 3 Tesla P100 12GB HBM2 3584 721 9.52 4.73 服務(wù)器 4 Quadro GV100 32GB 5120 870 14.85 7.42 主動(dòng)式 5 Quadro GP100 16GB HBM2 3584 717 10.25 5.13 主動(dòng)式 6 Quadro K6000 12GB 2880 288 5.18 1.73 主動(dòng)式 7 Quadro K5200 8GB 2304 192 3.07 1.03 主動(dòng)式
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二．基于電磁仿真計(jì)算的UltraLAB機(jī)型介紹
UltraLAB是西安坤隆計(jì)算機(jī)科技有限公司推出的定制圖形工作站品牌，經(jīng)過多年發(fā)展，該產(chǎn)品擁有傲視群雄的三大領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)：先進(jìn)計(jì)算硬件架構(gòu)、完整齊全行業(yè)應(yīng)用定制方案、專業(yè)硬件系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，大幅超越同類的“圖形工作站”產(chǎn)品，我們提供基于電磁仿真計(jì)算應(yīng)用最快硬件架構(gòu)產(chǎn)品系列
2.1 極速圖形工作站H490介紹
配置特點(diǎn)：
（1）CPU具有超高的頻率，中小規(guī)模時(shí)域與頻域求解，發(fā)揮極致性能
6核5.0GHz，8~10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHz
（2）GPU 支持雙GPU架構(gòu)超算
顯著優(yōu)勢(shì)：
和市場(chǎng)上單路cpu架構(gòu)的工作站（單Xeon E5v4，單Xeon W-2100系列，單Xeon Schalable系列）相比，擁有超高頻率，在多核并行計(jì)算（特別是頻域求解），性能出眾
2.2 高性能計(jì)算工作站EX620
配置特點(diǎn)：
CPU 支持雙Xeon Schalable（可擴(kuò)展）處理器，擁有更高頻率和更低延遲，中大規(guī)模時(shí)域與頻域求解，發(fā)揮極致性能
提供規(guī)格：
24核*4GHz/4.2GHz
36核3.7GHz/3.7GHz
40核3.1GHz/3.7GHz
48核*3.5GHz/3.7GHz
56核*3.3GHz/3.8GHz
GPU 支持雙GPU架構(gòu)超算
顯著優(yōu)勢(shì)：
和市場(chǎng)上常規(guī)雙路cpu工作站（雙Xeon E5v4，雙Xeon Schalable系列）相比，擁有更高頻率，多核并行計(jì)算（時(shí)域、頻域算法），定位精準(zhǔn)高效，顯式計(jì)算（EX620i）、顯式隱式計(jì)算通吃（EX620）
2.3 超大規(guī)模仿真計(jì)算機(jī)型Alpha720
配置特點(diǎn)：
CPU 支持4顆Xeon E7v4處理器(最高到96核)，擁有更高頻率和更低延遲，超大規(guī)模時(shí)域算法求解，極致性能
提供規(guī)格：72核2.8GHz，96核2.7GHz
GPU 支持雙GPU架構(gòu)超算
顯著優(yōu)勢(shì) 市面上唯一的最快時(shí)域求解（CPU計(jì)算架構(gòu)）工作站，極致性能還靜音
2.4 圖靈超算工作站GX490M或GX620M
GX490M配置特點(diǎn)：
CPU 具有超高的頻率，中小規(guī)模時(shí)域與頻域求解，發(fā)揮極致性能
提供規(guī)格：10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHz
GPU 支持7塊雙槽GPU卡
GX620M配置特點(diǎn)：
CPU 支持雙Xeon Schalable（可擴(kuò)展）處理器，擁有更高頻率和更低延遲，中大規(guī)模時(shí)域與頻域求解，發(fā)揮極致性能
提供規(guī)格：24核4GHz，36核3.7GHz，40核3.1GHz，48核3.5GHz，56核3.3GHz
GPU 支持9塊雙槽GPU卡
顯著優(yōu)勢(shì) 市面上唯一的基于辦公環(huán)境（靜音級(jí)）最強(qiáng)大GPU超算性能時(shí)域求解計(jì)算系統(tǒng)，同時(shí)兼顧頻域隱式算法極致性能展現(xiàn)
各種機(jī)型性能與差異對(duì)比表
NO 機(jī)型 硬件配置特點(diǎn) 適合應(yīng)用 1 H490 單CPU+雙GPU （14核4.7GHz，18核4.5GHz） 中小規(guī)模頻域、時(shí)域算法求解 2 EX620i 雙CPU（56核）+雙CPU 大規(guī)模時(shí)域、頻域算法求解 3 EX620 雙CPU（56核）+雙GPU+并行存儲(chǔ) 大規(guī)模的全能求解 4 GX490M 單CPU+7個(gè)GPU+并行存儲(chǔ) 超大規(guī)模時(shí)域GPU超級(jí) 5 GX620M 雙CPU（56核）+9個(gè)GPU+并行存儲(chǔ)（16） 超大規(guī)模全能求解、時(shí)域GPU求解 6 Alpha720 四CPU(96核)+雙GPU+并行存儲(chǔ) 超大規(guī)模CPU架構(gòu)時(shí)域求解 No 產(chǎn)品系列 主要配置 價(jià)格 備注 1 UltraLAB H490 14632-S5TBA intel第7代至尊處理器(14核4.6GHz+睿頻4.6GHz) /32GB DDR4 2666/512GB SSD +2TBSATA企業(yè)級(jí)/QP600 2GB/23"圖顯 39,990 CPU全能高效、高性價(jià)比 2 UltraLAB H490 14464-S5TCA intel第7代至尊處理器(18核4.4GHz+睿頻4.5GHz)/64GB DDR4 2666/500GB SSD+4TB SATA企業(yè)級(jí)/Quadro K6000 12GB/23"圖顯 72,000 CPU+GPU全能極致高性價(jià)比 3 UltraLAB EX620i 24096-SATCB 2*Xeon Gold6146處理器(24核4.0GHz，睿頻4.2GHz) /96GB DDR4 2666/1TB SSD+6TB SATA /QP2000 5GB/23"圖顯 112,000 頻域極致性能 4 UltraLAB EX620i 23196-SATCE 2*Xeon Gold6148處理器(40核3.1GHz+睿頻3.7GHz) /96GB DDR4 2666/1TB SSD +6TB SATA /Quadro K6000 12GB/23"圖顯 126,000 CPU+GPU時(shí)域全能求解 5 UltraLAB EX620 237192-SA28TB 2*Xeon Gold6154處理器(36核3.7GHz+睿頻3.7GHz) /192GB DDR4 2666/1TB SSD+28TB并行存儲(chǔ)/QP2000 5GB/23"圖顯 145,000 CPU全能高效 6 UltraLAB EX620 23596-MSATCC 2*Xeon Platinum8168處理器(48核3.5GHz +睿頻3.7GHz) /96GB DDR4 2666 /1TB閃電二代+1TB SSD+6TB SATA/QP4000 8GB /23"圖顯 189,000 時(shí)域求解 7 UltraLAB EX620 23596-MSATCC 2*Xeon Platinum8168處理器(48核3.5GHz +睿頻3.7GHz) /192GB DDR4 2666 /2TB SSD +28TB并行存儲(chǔ)/QP4000 8GB /23"圖顯 215,000 CPU全能高效 8 UltraLAB EX620 233384-SB28TC 2*Xeon Platinum 8180(56核3.3GHz+睿頻3.8GHz) /384GB DDR4/2TB SSD +28TB并行存儲(chǔ)/QP4000/23"圖顯 285,000 CPU全能高效 9 UltraLAB Alpha720 427256-SB42TF 4*Xeon E7 8890v4(96核2.7GHz+睿頻3.3GHz)/256GB DDR4/2TB SSD +42TB并行存儲(chǔ)/Quadro GP100/32"-2K圖顯 399,990 超大規(guī)模CPU+GPU時(shí)域求解
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三．電磁仿真計(jì)算硬件配置（單機(jī)與集群）推薦
提供單機(jī)CPU、單機(jī)GPU、集群架構(gòu)的全面完整，代表追求目前最快計(jì)算架構(gòu)硬件配置方案
3.1 基于多種算法（CPU計(jì)算）單機(jī)工作站硬件配置方案
3.2 基于時(shí)域求解（GPU計(jì)算架構(gòu)）單機(jī)硬件配置方案 No 產(chǎn)品系列 主要配置 價(jià)格 GPU指標(biāo) 1 UltraLAB GX490M 14832-S5TB2E intel第7代至尊處理器 (10核4.8GHz+睿頻4.8GHz) /32GB DDR4 2666/500GB SSD +4TB SATA企業(yè)級(jí) /2*Quadro K6000 12GB/23"圖顯 87,500 3.46Tflops 2 UltraLAB GX490M 14464-S5TC4E intel第7代至尊處理器 (18核4.5GHz+睿頻4.5GHz) /64GB DDR4 2666/500GB SSD+4TB SATA企業(yè)級(jí)/4*Quadro K6000 12GB/23"圖顯 159,990 6.92Tflops 3 UltraLAB GX620M 23196-SATD2F 2*Xeon Gold6148處理器 (40核3.1GHz，睿頻3.7GHz) / 96GB DDR4 2666/1TB SSD+6TB SATA / 2*Quadro GP100 16GB HBM2/23"圖顯 228,000 10.2Tflops 4 UltraLAB GX620M 234192-SB28T8E 2*Xeon Platium8168處理器 (48核3.4GHz+睿頻3.7GHz) / 192GB DDR4 2666/ 2TB SSD +28T并行存儲(chǔ) /8*Quadro K6000 12GB/23"圖顯 365,000 13.8Tflops 5 UltraLAB Alpha720 427256-SB42T2F 4*Xeon E7 8890v4 (96核2.7GHz+睿頻3.3GHz )/ 256GB DDR4/2TB SSD +42TB并行存儲(chǔ)/ 2*Quadro GP100/32"-2K圖顯 399,990 10.2Tflops 6 UltraLAB GX620M 233192-SB28T4F 2*Xeon Platinum 8180 (56核3.3GHz+睿頻3.8GHz) / 192GB DDR4/2TB SSD +28TB并行存儲(chǔ)/ 4*Quadro GP100/32"-2K圖顯 499,990 20.4Tflops 7 UltraLAB GX620M 233384-SB36T8F 2*Xeon Platinum 8180 (56核3.3GHz+睿頻3.8GHz) / 384GB DDR4/2TB SSD +36TB并行存儲(chǔ)/ 8*Quadro GP100/32-2K"圖顯 758,000 40.4Tflops
3.3 基于分布式集群的硬件配置方案 NO 貨物名稱 型號(hào) 數(shù)量 單價(jià) 小計(jì) 1 主計(jì)算節(jié)點(diǎn) 18核4.4Ghz/128GB DDR4 2666 /NVS310/500GB SSD工作站級(jí)/4U機(jī)架式/無顯示器 1 55000 55000 2 從計(jì)算節(jié)點(diǎn) 18核4.4Ghz/64GB DDR4 2666 /NVS310/500GB SSD工作站級(jí)/4U機(jī)架式/無顯示器 5 46500 232500 3 管理/ 存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn) 4核4Ghz/32GB DDR4 ECC/集成顯卡/256GB SSD+28TB單通道并行存儲(chǔ)/4U機(jī)架式/23"圖顯 1 36500 36500 4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 16口萬兆交換機(jī) 1 9500 9500 5 機(jī)柜 42U服務(wù)器機(jī)柜（含PDU機(jī)柜插座） 1 3500 3500 6 KVM 8口 HDMI KVM切換器 1 2800 2800 7 高速交換機(jī) Mellanox 12口56Gbps交換機(jī) 1 39500 39500 8 IB卡 Mellanox IB卡56Gbps，含2米線 7 4500 31500 9 10 11 12 13 累計(jì)(人民幣) 410800 安裝調(diào)試費(fèi)用(累計(jì)金額*10%) 41080 合計(jì)： ¥451,880
方案1 基于CPU計(jì)算的分布式集群方案
方案2 基于CPU+GPU異構(gòu)超算的分布式集群方案
NO 貨物名稱 型號(hào) 數(shù)量 單價(jià) 小計(jì) 1 主計(jì)算節(jié)點(diǎn) 18核4.4Ghz/128GB DDR4 2666 /Quadro K6000/ 500GB SSD工作站級(jí)/4U機(jī)架式/無顯示器 1 75500 75500 2 從計(jì)算節(jié)點(diǎn) 18核4.4Ghz/64GB DDR4 2666 /Quadro K6000/ 500GB SSD工作站級(jí)/4U機(jī)架式/無顯示器 5 67000 335000 3 管理/存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn) 4核4Ghz/32GB DDR4 ECC/集成顯卡/256GB SSD+28TB單通道并行存儲(chǔ)/4U機(jī)架式/23"圖顯 1 36500 36500 4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 16口萬兆交換機(jī) 1 9500 9500 5 機(jī)柜 42U服務(wù)器機(jī)柜（含PDU機(jī)柜插座） 1 3500 3500 6 KVM 8口 HDMI KVM切換器 1 2800 2800 7 高速交換機(jī) Mellanox 12口56Gbps交換機(jī) 1 39500 39500 8 IB卡 Mellanox IB卡56Gbps，含2米線 7 4500 31500 9 10 11 12 13 累計(jì)(人民幣) 533800 安裝調(diào)試費(fèi)用(累計(jì)金額*10%) 53380 合計(jì)： ¥587,180
說明：
（1）上述報(bào)價(jià)僅僅是硬件系統(tǒng)，還需要作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)及安裝調(diào)試、培訓(xùn)、維護(hù)費(fèi)用
（2）該集群中，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)比市場(chǎng)上低頻雙Xeon架構(gòu)配置，性能更高，保證循環(huán)過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)計(jì)算性能發(fā)揮到極致
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