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(jié)構(gòu)性影響。在美國、西歐和其他工業(yè)化國家，越來越重視「制造業(yè)回流」。隨之而來的是對利用數(shù)據(jù)分析、機器學習、機器人技術(shù)和高級設(shè)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)量并加快上市時間。

許多公司的這些戰(zhàn)略的核心是：一個云計算平臺，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(tǒng)。

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的供應(yīng)鏈問題?？拷蛻艉褪袌?、生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)以及對國內(nèi)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(mào)易限制是促使制造商發(fā)展國內(nèi)制造能力的另一個風險因素。這與 1960 年代開始的長達數(shù)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勞動力和更寬松監(jiān)管制度的推動。當下，制造商正在尋求世界一流的技術(shù)戰(zhàn)略和實踐，使他們能夠保持競爭力。

Azure 的制造生態(tài)系統(tǒng)

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 解決方案專家 Cédric Husianycia 說。這意味著工程師可以在更短的時間內(nèi)生成更多的設(shè)計模擬——而更多的模擬意味著更有可能開發(fā)出滿足制造商目標的優(yōu)化產(chǎn)品。

「這也意味著他們可以運行更大范圍、規(guī)模和復(fù)雜性的基于多物理場的模擬，」Husianycia 說。「使用最新最好的微處理器可以縮短產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)生命周期，并且可以設(shè)計出更精密、更先進的產(chǎn)品。這對制造商來說是雙贏的。我們與 AMD 的密切關(guān)系，讓他們的芯片在我們的制造客戶中使用，是 Azure 產(chǎn)品的核心部分。」

Azure 云的另一個關(guān)鍵優(yōu)勢：制造商在給定時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越高，因此通常會出現(xiàn)資源擴展的情況。

這與通常無法滿足計算需求的本地 IT 基礎(chǔ)設(shè)施形成鮮明對比，迫使工程師和其他最終用戶排隊等待——這在業(yè)內(nèi)被稱為「約束環(huán)境」。本地基礎(chǔ)設(shè)施制造商通常有三到五年的生命周期，這意味著到周期結(jié)束時，工程可用的技術(shù)已經(jīng)變得越來越過時。相比之下，Azure 不斷安裝新的 HPC 級技術(shù)。

也就是說，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技術(shù)和支持服務(wù)組合的 Azure 客戶示例。

Hexagon 的設(shè)計仿真軟件

Hexagon 的制造智能部門開發(fā)仿真軟件（其 CAE 仿真業(yè)務(wù)以前稱為 MSC 軟件），供工程師使用虛擬原型驗證他們的設(shè)計?？蛻羰褂?Hexagon 解決方案來補充或替代物理構(gòu)建和測試過程。該軟件用于線性和非線性有限元分析 (FEA)、聲學、流固耦合 (FSI)、多物理場、優(yōu)化、疲勞和耐久性、多體動力學和控制系統(tǒng)仿真。

作為與制造軟件供應(yīng)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(shè)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)合開發(fā)的指南包括在 Azure HPC 基礎(chǔ)設(shè)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(jié)果。

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

他說，整個基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施集成，以允許本地客戶端使用選擇的協(xié)議進行訪問，例如通過 SSH 訪問主節(jié)點用于訪問 Azure Cyclecloud 用戶界面的 Slurm 調(diào)度程序和 HTTPS。

為了降低安裝復(fù)雜性，Microsoft 提供了隨時可用的 HPC 映像，用于配置 Infiniband 驅(qū)動程序、節(jié)點之間的連接以及 MPI 庫。然后可以將這些映像自動附加到集群中的 VM，以自動部署和配置。

Ansys Cloud Direct 配置指南

同樣，Ansys Cloud Direct 通過 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(yīng)用程序的訪問。Ansys Cloud Direct 與 Azure 合作開發(fā)并針對 Ansys 求解器進行了優(yōu)化，是獲取幾乎無限計算資源的途徑。

Ansys 云產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Thomas Lejeune 在博客中寫道：「75% 的 Ansys 客戶表示，他們面臨硬件障礙，無法充分利用軟件的強大功能?！埂杆麄冎械拇蠖鄶?shù)人在內(nèi)核數(shù)量較少的計算機上工作，而在新冠疫情期間在家工作的情況加劇了這個問題。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(shù)據(jù)分析和人工智能提供了廣泛的云軟件解決方案。

對于內(nèi)部資源有限的客戶來說，云是一個很有吸引力的選擇。Altair 指出，「使用 Azure 等云計算資源，理論上在應(yīng)用程序可擴展性和潛在作業(yè)規(guī)模方面沒有限制。時間有限的用戶可以訪問云中的更多節(jié)點以獲得更快的結(jié)果，擁有本地數(shù)據(jù)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 市場上提供了 Altair Unlimited 虛擬設(shè)備，它提供了對 Altair 求解器和 HPC 資源管理的交鑰匙、無限制訪問。

Azure 上的普利司通數(shù)據(jù)平臺

Azure 還深入研究了數(shù)據(jù)管理的細節(jié)。Azure 正在合作開展一項旨在改善運營、實現(xiàn)流程現(xiàn)代化和增強可持續(xù)性的大規(guī)模數(shù)字化轉(zhuǎn)型計劃。對此至關(guān)重要的是開發(fā)用于存儲、處理和分析關(guān)鍵信息的端到端數(shù)據(jù)平臺，然后將其用于戰(zhàn)略規(guī)劃、建模和預(yù)測。

Collaborative Advanced Powerful Platform for Analytics (CAPPA) 作為普利司通決策制定的「單一事實點」。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(shù)據(jù)與分析總監(jiān) 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)鍵見解，然后利用它們在我們的運營中創(chuàng)造有意義的變化?！?/span>

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

收集數(shù)據(jù)后（使用 Azure Databricks），普利司通可以對其進行分析并利用它來提高內(nèi)部效率并改善客戶服務(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(chǔ)的數(shù)據(jù)科學水平延伸到在最強大的硬件上運行高級模擬和設(shè)計應(yīng)用程序。它是一個云計算平臺，是的，它也是一個不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，永遠配備最先進的 HPC 級技術(shù)。