电磁仿真(时域频域)单机集群精准配置推荐
目录
1. 电磁仿真计算特点与硬件配资分析
2. 电磁仿真计算绝配~UltraLAB工作站介绍
3. 电磁仿真计算硬件配置（单机与集群）推荐
一．电磁仿真计算特点与硬件配置分析
电磁场仿真软件广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域，从毫米波电路、射频电路封装设计验证，到混合集成电路、PCB板、无源板级器件、RFIC/MMIC设计，天线设计，微波腔体、衰减器、微波转接头、波导录波器等设计等
1.1电磁仿真算法分类、计算特点
计算电磁学（CEM）方法大致可分为2类：精确算法和高频近似方法。
（1）全波精确计算法
包括差分法（FDTD，FDFD）、有限元（FEM）、矩量法（MoM）以及基于矩量法的快速算法（如快速多极子FMM和多层快速多极子MLFMA）等，其中，在解决电大目标电磁问题中最有效的方法为多层快速多极子方法。
（2）高频近似方法
一般可归作2类：一类基于射线光学，包括几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）以及在GTD 基础上发展起来的一致性绕射理论（UTD）等；另一类基于波前光学，包括物理光学（PO）、物理绕射理论（PTD）、等效电磁流方法（MEC）以及增量长度绕射系数法（ILDC）等
算法计算特点汇总如下
NO | 关键项 | 时域算法 | 频域算法 | ||
1 | 主要算法 | 时域有限差分 FDTD | 时域有限积分 FIT | 有限元 FEM | 矩量法 MOM |
2 | 典型软件 | EMPIRE XPU XFDTD EMPro | CST | HFSS EMPro JMAG FLU | FEKO Momentum Sonnet |
3 | 计算特点 | 线性加速比高、高度多线程， 支持多核CPU 支持大型GPU 内存要求不高 回写很少 | 多线程，线性加速有限 支持多核CPU并行求解 内存要求高 回写有
| ||
小结：
1. 时域算法，属于显式算法，传统的CPU多核加速比好，核数越多计算越快，此外，并行度高，支持GPU加速计算，注意大部分求解器对GPU要求是双精度计算为主，也就是说需要用双精度性能高的GPU卡
2 频域算法，属于隐式算法，支持多核并行计算，但核数并行计算有限，不支持GPU计算，提升性能的手段，就是提升CPU的频率，足够大的内存，值得注意当内存非常大的时候（超过192GB），硬盘io性能非常关键
1.2对并行计算求解过程分析
如何配置CPU要根据求解过程和算法特点，尤其要了解时域、频域两大算法特点紧密结合，这样才能更高效更合理，从并行求解流程图看，循环计算过程是单核和多核交叉过程
上图可以看出，CPU选型非常重要，CPU睿频足够高，大幅缩短【阶段1】求解时间，和整机足够核数+高频运行，大幅缩短【阶段2】的求解器解算时间
常规工作站卖家，提供的机器往往多核忽视了睿频的重要性，整个计算过程效率非常低，
因此 硬件配置注意：
1. 如果是时域算法为主，例如 FDTD、FIT求解器，由于并行度高，工作站配置尽量多核，可显著提升求解速度，同时注意阶段1睿频高的处理器更快，如果是以GPU计算为主，可以配置CPU频率高，核数少的，这样整个过程显著提升
2. 如果是隐式算法为主，例如 FEM，MOM求解器，由于并行度有限，一定要睿频尽可能高，同时保证足够的核数的并行，这样整个求解过程无死角瓶颈
3. 如果是多种算法并用，CPU要足够核数与高睿频之间选择一个兼顾的规格，三种应用（时域算法、频域算法、混合算法）都均能确保工作站硬件计算性能最大化
考虑到上述计算特点，CPU的选择对整个求解过程极其重要，下面是最新上市的intel Xeon Schalable(可扩展)处理器多种规格，UltraLAB选型分析：
1.3CEM求解规模与硬件配置推荐
a）基于时域算法~UltraLAB硬件配置参考（CPU类）
NO | 分类 | 规模划分 | 核数 | 全核频率 | 睿频 | 内存 | 并行存储 |
1 | 小规模 | <50倍波长 | 14核 | 4.6GHz | 4.6GHz | 32GB | |
18核 | 4.5GHz | 4.5GHz | 64GB | ||||
2 | 中等规模 | 50~100倍波长 | 36核 | 3.1GHz | 3.7GHz | 64GB | |
40核 | 3.1GHz | 3.7GHz | 96GB | ||||
3 | 大规模 | 100~200倍波长 | 48核 | 3.5GHz | 3.7GHz | 96GB | |
56核 | 3.3GHz | 3.8GHz | 192GB | 13*4TB | |||
4 | 超大规模 | >200倍波长 | 96核 | 2.8GHz | 3.3GHz | 512GB | 13*4TB |
b）基于频域算法~UltraLAB硬件配置参考
NO | 分类 | 规模划分 | 核数 | 全核频率 | 睿频 | 内存 | 并行存储 |
1 | 小规模 | <20万网格 (</100万未知量) | 14核 | 4.6GHz | 4.6GHz | 64GB | |
20万~80万网格 (100~400万未知量) | 18核 | 4.5GHz | 4.5GHz | 96GB | |||
2 | 中等规模 | 80万~200万网格 (400万~1000万未知量) | 24核 | 4GHz | 4.2GHz | 96GB | |
200万~500万网格 | 36核 | 3.7GHz | 3.7GHz | 192GB | 8*4TB | ||
(1000万~2500万未知量) | |||||||
3 | 大规模 | 500万~1000万网格(2500万~5000万未知量) | 48核 | 3.5GHz | 3.7GHz | 256GB | 10*4TB |
4 | 超大规模 | 1000万~2000万网格 (5000万~1亿未知量) | 56核 | 3.3GHz | 3.8GHz | 384GB | 13*4TB |
5 | 超大规模 | >2000万网格 (>1亿个未知量) | 集群18*6 =108 | 4.4GHz | 4.4GHz | 64GB | 并行存储 |
c）基于超大规模时域算法求解GPU选型
如果以GPU求解为为主，可选的GPU卡参考下表
二．基于电磁仿真计算的UltraLAB机型介绍
UltraLAB是西安坤隆计算机科技有限公司推出的定制图形工作站品牌，经过多年发展，该产品拥有傲视群雄的三大领先优势：先进计算硬件架构、完整齐全行业应用定制方案、专业硬件系统优化技术，大幅超越同类的“图形工作站”产品，我们提供基于电磁仿真计算应用最快硬件架构产品系列
2.1 极速图形工作站H490介绍
配置特点：
（1）CPU具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能
6核5.0GHz，8~10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHz
（2）GPU 支持双GPU架构超算
显著优势：
和市场上单路cpu架构的工作站（单Xeon E5v4，单Xeon W-2100系列，单Xeon Schalable系列）相比，拥有超高频率，在多核并行计算（特别是频域求解），性能出众
2.2 高性能计算工作站EX620
配置特点：
CPU 支持双Xeon Schalable（可扩展）处理器，拥有更高频率和更低延迟，中大规模时域与频域求解，发挥极致性能
提供规格：
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 支持双GPU架构超算
显著优势：
和市场上常规双路cpu工作站（双Xeon E5v4，双Xeon Schalable系列）相比，拥有更高频率，多核并行计算（时域、频域算法），定位精准高效，显式计算（EX620i）、显式隐式计算通吃（EX620）
2.3 超大规模仿真计算机型Alpha720
配置特点：
CPU 支持4颗Xeon E7v4处理器(最高到96核)，拥有更高频率和更低延迟，超大规模时域算法求解，极致性能
提供规格：72核2.8GHz，96核2.7GHz
GPU 支持双GPU架构超算
显著优势 市面上唯一的最快时域求解（CPU计算架构）工作站，极致性能还静音
2.4 图灵超算工作站GX490M或GX620M
GX490M配置特点：
CPU 具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能
提供规格：10核4.8GHz，12~14核4.6GHz，16~18核4.4GHz
GPU 支持7块双槽GPU卡
GX620M配置特点：
CPU 支持双Xeon Schalable（可扩展）处理器，拥有更高频率和更低延迟，中大规模时域与频域求解，发挥极致性能
提供规格：24核4GHz，36核3.7GHz，40核3.1GHz，48核3.5GHz，56核3.3GHz
GPU 支持9块双槽GPU卡
显著优势 市面上唯一的基于办公环境（静音级）最强大GPU超算性能时域求解计算系统，同时兼顾频域隐式算法极致性能展现
各种机型性能与差异对比表
NO | 机型 | 硬件配置特点 | 适合应用 |
1 | H490 | 单CPU+双GPU （14核4.7GHz，18核4.5GHz） | 中小规模频域、时域算法求解 |
2 | EX620i | 双CPU（56核）+双CPU | 大规模时域、频域算法求解 |
3 | EX620 | 双CPU（56核）+双GPU+并行存储 | 大规模的全能求解 |
4 | GX490M | 单CPU+7个GPU+并行存储 | 超大规模时域GPU超级 |
5 | GX620M | 双CPU（56核）+9个GPU+并行存储（16） | 超大规模全能求解、时域GPU求解 |
6 | Alpha720 | 四CPU(96核)+双GPU+并行存储 | 超大规模CPU架构时域求解 |
三．电磁仿真计算硬件配置（单机与集群）推荐
提供单机CPU、单机GPU、集群架构的全面完整的硬件配置方案
3.1 基于多种算法（CPU计算）单机工作站硬件配置方案
3.2 基于时域求解（GPU计算架构）单机硬件配置方案
3.3 基于分布式集群的硬件配置方案
方案1 基于CPU计算的分布式集群方案
方案2 基于CPU+GPU异构超算的分布式集群方案
上述报价仅仅是硬件系统，还需要作业调度系统及安装调试、培训、维护费用，该集群中，每个计算节点比市场上低频双Xeon架构配置，性能更高，保证循环过程中，每个环节计算性能发挥到极致
方案提供商
西安坤隆计算机科技有限公司
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