ANSYS durchbricht die Grenze von 1 Miliarde Zellen

Ein italienisches Team nutzt Software von ANSYS auf einem Supercomputer und setzt einen Meilenstein bei der technischen Simulation

(PresseBox) ( Southpointe, PA, )
ANSYS, Inc. (NASDAQ: ANSS), ein global tätiges Unternehmen, das seine Kunden mit innovativen Simulationstechnologien dabei unterstützt, bessere Produkte schneller herzustellen, bestätigte heute die erste kommerzielle Strömungssimulation mit mehr als einer Milliarde Berechnungszellen . Dies stellt einen bedeutenden Meilenstein für das Unternehmen und die Industrie dar. Ein italienisches Forscherteam unter Leitung von Ignazio Maria Viola führte die bahnbrechende Simulation im August 2008 als Teil einer aerodynamischen Untersuchung einer America's Cup Yacht aus. Da der Einsatz von Simulation zunehmend eine entscheidende Bedeutung bei der Entwicklung von innovativen Produkten erlangt - und gleichzeitig Kosten und Entwicklungszeiten reduziert werden können - werden Fälle in dieser Größenordnung mittelfristig vermehrt behandelt werden, um komplette und komplexe Systeme abzubilden.

Um eine Simulation auszuführen wird die Oberfläche oder das Volumen der betrachteten Geometrie in Hunderttausende oder sogar Millionen kleinere Einheiten, den Zellen, unterteilt. Die auf dem physikalischen Erhaltungsprinzip beruhenden Gleichungen zur Strömungs- oder Strukturanalyse werden für jede Zelle gelöst um am Ende ein Gesamtbild zu erhalten. Dabei steigt die numerische Genauigkeit der Simulation mit der Zahl der Zellen. Es ist erst 15 Jahre her, dass Simulationen mit 60.000 Zellen als bahnbrechend bezeichnet wurden. In den letzten Jahren wurde die Zellanzahl von technologisch führenden Unternehmen auf einige Hunderte Millionen Zellen gesteigert. Das Überschreiten der Milliardenmarke stellt einen weitern Meilensteim beim Vorstoß zu immer neuen Grenzen der technischen Simulation dar.

"Abgesehen von der technologischen Leistung beim Lösen solch großer Fälle ist dies auch ein Meilenstein für die Firma ANSYS, welche die Simulationssoftware für eine qualitativ hochwertige Lösung bereitstellte", sagt Jim Cashman, Präsident und CEO von ANSYS, Inc. "Es gibt immer Qualitätseinbußen, wenn ein Ingenieur gezwungenermaßen nur einen Teilbereich statt des gesamten Systems betrachtet. Dieser Erfolg ist ein weiterer Schritt hin zur realitätstreuen Simulation komplexer Systeme."

Für die Simulation des Falls mit einer Milliarde Zellen arbeiteten Ingenieure von zwei bekannten italienischen Organisationen mit Dr. Viola zusammen. Raffaele Ponzini vertrat CILEA (Consorzio Interuniversitario Lombardo per L'Elaborazione Automatica), das seinen Supercomputer Lagrange, einen der weltweit leistungsfähigsten, für die Simulationen zur Verfügung stellte. Giuseppe Passoni repräsentierte die Politecnico di Milano, die international einen sehr guten Ruf für ihre Expertise bei der Strömungssimulation genießt. Zusätzlich hat die lokale Regierung der Lombardei das Projekt finanziell unterstützt.

Die Simulation einer America's Cup-Yacht beinhaltet einige der potentiell komplexesten physikalischen Effekte, wie hydrodynamische und aerodynamische Strömungen und Steifigkeitsuntersuchungen. Die Simulation mit über einer Milliarde Zellen konzentrierte sich auf den aerodynamischen Einfluss des Windes auf eine am Wind segelnde America's Cup Yacht mit spezieller Betrachtung des Hauptsegels und eines asymmetrischen Spinnakers. Bei der Studie kam eine vereinfachte Geometrie, die auf Untersuchungen im Windkanal der Politecnico di Milano basierte, zum Einsatz. Der verwendete Supercomputer war ein HP Cluster 3000BL mit Linux®, ausgestattet mit 208 HP ProLiant BL460c Bladeservern und Intel® Xeon® 3.166 GHz Quad-Core Prozessoren (CPUs). Die Spitzenleistung des Systems näherte sich 22 Teraflops pro Sekunde an (22.000 Milliarden Gleitkommaoperationen). Das System hat kürzlich Platz 135 auf der Top 500-Liste der Supercomputer belegt.

Die große Analyse war dank Parallelverarbeitung und sehr guter Skalierung der Software in 170 Stunden, etwas mehr als eine Woche, abgeschlossen. Dieser Zeitrahmen wird im kommerziellen Umfeld als akzeptabel angesehen, wenn die Lösung des Falles für das Projekt von entscheidender Bedeutung ist. Die Simulationsergebnisse wurden mit experimentell ermittelten Windkanaldaten verglichen, um die Genauigkeit abzuschätzen. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung gefunden, was die Eignung von ANSYS Software für selbst die komplexesten und anspruchsvollsten Ingenieuraufgaben unterstreicht.

"Unsere Nachforschungen deuten darauf hin, dass dies weltweit eine der ersten mit kommerzieller Software ausgeführten Berechnungen auf einem Netz mit mehr als einer Milliarde Zellen war", bestätigt Dr. Viola. "Unser engagiertes und kompetentes Team hat seine jeweilige Expertise in verschiedenen Bereichen vereint und einen wirklich bedeutenden Moment im Ingenieurwesen erreicht. Die Möglichkeiten für die technische Simulation mit HPC (High Performance Computing) sind gewaltig, und ich bin mir sicher, dass wir im Anschluss an unsere Arbeit bald weitere bahnbrechende Entwicklungen in allen Industriebereichen sehen werden."

Solche Fortschritte in der Rechenleistungsfähigkeit erschließen ein riesiges Potential an Ingenieuranwendungen. Durch seine enge Partnerschaft mit Hardwarefirmen stellt ANSYS eine gute Skalierbarkeit der Software sicher und bietet seinen Kunden immer eine optimale Simulationslösung.

"ANSYS hatte eine Schlüsselrolle beim Erreichen dieses Meilensteins inne", bemerkt Cashman. "Die Vision von ANSYS ist eine ständige Herausforderung für uns zur Verbesserung unserer Produkte und motiviert uns, technische Lösungen auf immer neuen Niveaus zu realisieren. Unsere Software wurde eigens dafür entwickelt, vom Desktop-Computer bis zu den größten Supercomputern gute Ergebnisse zu liefern und es ist sehr befriedigend zu sehen, wie unsere Anstrengungen durch dieses Projekt belohnt wurden. Es steht außer Frage, dass die Nachfrage nach größeren, detaillierteren Simulationen weiterhin wachsen wird, und die aktuelle Errungenschaft zeigt deutlich, dass wir gut positioniert sind, um diese Anforderungen zu erfüllen."

Über CILEA

CILEA ist ein 1974 gegründetes Konsortium von 10 Universitäten in der Lombardei. Das italienische Ministerium für Universitäten und Forschung ist auch Mitglied des Konsortium. CILEA gehört zu den fortschrittlichsten Supercomputer-Standorten in Europa. Gemäß seiner Satzung hat CILEA viele unterschiedliche Zielsetzungen. Zu ihnen gehört es, den Einsatz von fortschrittlichen Computersystemen in wissenschaftlichen und technologischen Bereichen zu fördern. Das Konsortium stellt HPC-Systeme (High Performance Computing) für nationale Forschungsvorhaben zur Verfügung und unterstützt den Technologietransfer im Informations- und Kommunikationssektor. Darüber hinaus entwickelt, unterhält und betreibt es Informationssysteme für die nationale Bildung und Forschung. Alle CILEA-Leistungen werden Universitäten, öffentlichen Einrichtungen und der Privatwirtschaft zur Verfügung gestellt.
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