HPC 技術(shù)如何支持美國的制造業(yè)回流？

地緣政治變化正在對全球制造業(yè)產(chǎn)生結構性影響。在美國、西歐和其他工業(yè)化國家，越來(lái)越重視「制造業(yè)回流」。隨之而來(lái)的是對利用數據分析、機器學(xué)習、機器人技術(shù)和高級設計模擬的新策略的需求，這些策略由 HPC 級計算能力支持，以幫助控制成本、提高質(zhì)量并加快上市時(shí)間。

許多公司的這些戰略的核心是：一個(gè)云計算平臺，為制造商提供并不斷更新其技術(shù)和支持服務(wù)生態(tài)系統。

回流的原因有很多。Design News 最近的一篇文章引用了美國國家標準與技術(shù)研究院的一份報告，指出「將制造業(yè)回流到美國一直是許多制造商的首要考慮，尤其是考慮到新冠疫情帶來(lái)的供應鏈問(wèn)題?？拷蛻?hù)和市場(chǎng)、生態(tài)系統協(xié)同效應以及對國內經(jīng)濟的影響都是制造商希望將生產(chǎn)遷回美國的原因」。

日益加劇的地緣政治緊張局勢和貿易限制是促使制造商發(fā)展國內制造能力的另一個(gè)風(fēng)險因素。這與 1960 年代開(kāi)始的長(cháng)達數十年的離岸外包趨勢背道而馳，這種趨勢受到亞洲和其他國家廉價(jià)勞動(dòng)力和更寬松監管制度的推動(dòng)。當下，制造商正在尋求世界一流的技術(shù)戰略和實(shí)踐，使他們能夠保持競爭力。

Azure 的制造生態(tài)系統

Microsoft Azure 是全球領(lǐng)先的高性能云平臺之一，在制造業(yè)領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗。這種支持的關(guān)鍵是 Azure 對最新、最高性能技術(shù)的快速采用和集成。例如，Azure 已成為第一家采用新發(fā)布的 AMD 微處理器的公共云提供商，包括最新的 AMD EPYC CPU 和 AMD Radeon Instinct GPU，這是 HPC 行業(yè)中最熱門(mén)的兩款芯片。

「更強大的計算能力對制造商有兩大影響，」微軟 EMEA HPC 解決方案專(zhuān)家 Cédric Husianycia 說(shuō)。這意味著(zhù)工程師可以在更短的時(shí)間內生成更多的設計模擬——而更多的模擬意味著(zhù)更有可能開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足制造商目標的優(yōu)化產(chǎn)品。

「這也意味著(zhù)他們可以運行更大范圍、規模和復雜性的基于多物理場(chǎng)的模擬，」Husianycia 說(shuō)?！甘褂米钚伦詈玫奈⑻幚砥骺梢钥s短產(chǎn)品設計和生產(chǎn)生命周期，并且可以設計出更精密、更先進(jìn)的產(chǎn)品。這對制造商來(lái)說(shuō)是雙贏(yíng)的。我們與 AMD 的密切關(guān)系，讓他們的芯片在我們的制造客戶(hù)中使用，是 Azure 產(chǎn)品的核心部分?！?/span>

Azure 云的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢：制造商在給定時(shí)間所需的計算資源的彈性擴展或收縮。而且由于計算資源昂貴且工作負載的計算密集度越來(lái)越高，因此通常會(huì )出現資源擴展的情況。

這與通常無(wú)法滿(mǎn)足計算需求的本地 IT 基礎設施形成鮮明對比，迫使工程師和其他最終用戶(hù)排隊等待——這在業(yè)內被稱(chēng)為「約束環(huán)境」。本地基礎設施制造商通常有三到五年的生命周期，這意味著(zhù)到周期結束時(shí)，工程可用的技術(shù)已經(jīng)變得越來(lái)越過(guò)時(shí)。相比之下，Azure 不斷安裝新的 HPC 級技術(shù)。

也就是說(shuō)，Azure 云提供的不僅僅是 HPC 級計算，它還提供了廣泛的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò )功能，以提供制造商所需的綜合解決方案。

讓我們看一下利用該平臺的先進(jìn)技術(shù)和支持服務(wù)組合的 Azure 客戶(hù)示例。

Hexagon 的設計仿真軟件

Hexagon 的制造智能部門(mén)開(kāi)發(fā)仿真軟件（其 CAE 仿真業(yè)務(wù)以前稱(chēng)為 MSC 軟件），供工程師使用虛擬原型驗證他們的設計?？蛻?hù)使用 Hexagon 解決方案來(lái)補充或替代物理構建和測試過(guò)程。該軟件用于線(xiàn)性和非線(xiàn)性有限元分析 (FEA)、聲學(xué)、流固耦合 (FSI)、多物理場(chǎng)、優(yōu)化、疲勞和耐久性、多體動(dòng)力學(xué)和控制系統仿真。

作為與制造軟件供應商的典型合作伙伴關(guān)系，微軟和 Hexagon 去年 3 月發(fā)布了 Hexagon 在 Azure 上的設計和工程軟件解決方案的 Hexagon CAE 軟件部署指南，如 MSC Nastran 等解決方案。聯(lián)合開(kāi)發(fā)的指南包括在 Azure HPC 基礎設施上運行 Hexagon 模擬解決方案所需的部署步驟以及基準測試結果。

根據 Microsoft 高級 EMEA HPC 和 AI 專(zhuān)家 Lukasz Miroslaw 的說(shuō)法，Azure Cyclecloud 用于協(xié)調用于測試的 HPC 集群的定義、部署和控制?！该總€(gè)集群都配備了用于作業(yè)編排的調度程序，并利用了自動(dòng)縮放功能，」Miroslaw 說(shuō)?！咐?，集群在提交作業(yè)時(shí)進(jìn)行橫向擴展，在所有作業(yè)完成時(shí)進(jìn)行縮減。為了進(jìn)行測試，我們使用了 Slurm 調度程序?！?/span>

他說(shuō)，整個(gè)基礎設施都部署在 Azure 虛擬網(wǎng)絡(luò )中，該網(wǎng)絡(luò )可以與互聯(lián)網(wǎng)隔離并與本地網(wǎng)絡(luò )基礎設施集成，以允許本地客戶(hù)端使用選擇的協(xié)議進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，例如通過(guò) SSH 訪(fǎng)問(wèn)主節點(diǎn)用于訪(fǎng)問(wèn) Azure Cyclecloud 用戶(hù)界面的 Slurm 調度程序和 HTTPS。

為了降低安裝復雜性，Microsoft 提供了隨時(shí)可用的 HPC 映像，用于配置 Infiniband 驅動(dòng)程序、節點(diǎn)之間的連接以及 MPI 庫。然后可以將這些映像自動(dòng)附加到集群中的 VM，以自動(dòng)部署和配置。

Ansys Cloud Direct 配置指南

同樣，Ansys Cloud Direct 通過(guò) Microsoft Azure 為 VDI 和 HPC 提供配置和優(yōu)化指導，提供對在桌面和瀏覽器中運行的 Ansys 仿真應用程序的訪(fǎng)問(wèn)。Ansys Cloud Direct 與 Azure 合作開(kāi)發(fā)并針對 Ansys 求解器進(jìn)行了優(yōu)化，是獲取幾乎無(wú)限計算資源的途徑。

Ansys 云產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Thomas Lejeune 在博客中寫(xiě)道：「75% 的 Ansys 客戶(hù)表示，他們面臨硬件障礙，無(wú)法充分利用軟件的強大功能?！埂杆麄冎械拇蠖鄶等嗽趦群藬盗枯^少的計算機上工作，而在新冠疫情期間在家工作的情況加劇了這個(gè)問(wèn)題。借助 Ansys Cloud Direct，我們與 Microsoft 合作提供了獨特的 HPC 解決方案，該解決方案具有優(yōu)化的工作流程、前所未有的性能和全面的支持?！?/span>

Altair-Azure 合作伙伴關(guān)系

Altair 為在 Azure 上運行的模擬、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算、數據分析和人工智能提供了廣泛的云軟件解決方案。

對于內部資源有限的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，云是一個(gè)很有吸引力的選擇。Altair 指出，「使用 Azure 等云計算資源，理論上在應用程序可擴展性和潛在作業(yè)規模方面沒(méi)有限制。時(shí)間有限的用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)云中的更多節點(diǎn)以獲得更快的結果，擁有本地數據中心的組織可以快速遷移到云中以運行更多模型并更快地完成工作?！?/span>

Altair 還在 Azure 市場(chǎng)上提供了 Altair Unlimited 虛擬設備，它提供了對 Altair 求解器和 HPC 資源管理的交鑰匙、無(wú)限制訪(fǎng)問(wèn)。

Azure 上的普利司通數據平臺

Azure 還深入研究了數據管理的細節。Azure 正在合作開(kāi)展一項旨在改善運營(yíng)、實(shí)現流程現代化和增強可持續性的大規模數字化轉型計劃。對此至關(guān)重要的是開(kāi)發(fā)用于存儲、處理和分析關(guān)鍵信息的端到端數據平臺，然后將其用于戰略規劃、建模和預測。

Collaborative Advanced Powerful Platform for Analytics (CAPPA) 作為普利司通決策制定的「單一事實(shí)點(diǎn)」。它由一系列 Microsoft 技術(shù)提供支持，包括 Azure Databricks、Azure Purview 和 Azure Synapse Analytics。普利司通 EMIA 數據與分析總監 Onkar Ambekar 表示：「CAPPA 的誕生源于需要集中我們所有的信息，利用基于這些信息的關(guān)鍵見(jiàn)解，然后利用它們在我們的運營(yíng)中創(chuàng )造有意義的變化?！?/span>

「為此，我們決定建立一個(gè)數據湖，我們可以在其中收集和存儲來(lái)自我們業(yè)務(wù)各個(gè)部分的信息——從輪胎和橡膠業(yè)務(wù)到制造方面、供應鏈和其他領(lǐng)域?！?/span>

收集數據后（使用 Azure Databricks），普利司通可以對其進(jìn)行分析并利用它來(lái)提高內部效率并改善客戶(hù)服務(wù)。

最后，對于 Microsoft Azure 而言，這一切都是為了為制造商提供增強的、基于云的計算能力，這些能力從基礎的數據科學(xué)水平延伸到在最強大的硬件上運行高級模擬和設計應用程序。它是一個(gè)云計算平臺，是的，它也是一個(gè)不斷發(fā)展的生態(tài)系統，永遠配備最先進(jìn)的 HPC 級技術(shù)。