　PCクラスタを利用した解析例

昨今、開発工期の短縮、試作コストの削減など、シミュレーションへの要求がますます高まってきております。ＣＰＵのマルチコア化、ネットワークの高速化など、実行環境も大きな転換期を迎えており、並列計算による業務の効率化が注目を集めています。

本ベンチマーク計算では、非線形動的構造解析ソフトウェアAnsys LS-DYNAを用いて、最新CPU（インテル Haswell）、高速ネットワーク（Infiniband）などから構成されるＰＣクラスタ環境において、並列計算の効率を評価しております。

クラスター仕様

	TB Cluster 2012 (旧クラスタ)	TB Cluster 2016 (新クラスタ)
CPU名　（）内の名称が正式名称	Sandy Bridge (Xeon E5-2680)	Haswell (Xeon E5 2687W v3)
CPU クロック数	2.70 GHz	3.10 GHz
CPU クロック数（TurboBoost時, ※1）	3.50 GHz	3.50 GHz
コア数（1 ノードあたり）	16	20
搭載メモリ量（１ノードあたり）	64 GB	128 GB
メモリチャンネル数（１CPUあたり）	4 (Quad Ch.)	4 (Quad Ch.)
ノード数	4	7
ノード間通信	FDR-10 (40Gb/s)	FDR (56Gb/s)
最大並列計算数	64	140
備考		現在運用中の構成

※1）TurboBoost: CPUが熱的に余裕がある場合、CPUのクロック数を動的に向上させる仕組み。

PCクラスタ計算解析例

解析モデル

【自動車の衝突・破壊解析】
静止している２台の自動車に、６０km/hで最後尾のワゴン車が衝突

解析対象時間： 0.1秒
要素数： 794,776要素

並列計算数増加に対する、スケーラビリティ

使用ソルバ：Ansys LS-DYNA 971 R6.1.0 倍精度

SMPソルバー、MPPソルバーの並列計算コア数に対する性能向上を確認しました。棒グラフは左側目盛、折れ線グラフは右側目盛に対応しています。効率が良いほど、棒グラフが短くなります。

SMPソルバーについては、旧クラスター → 新クラスターの移行に伴い、性能が劇的に向上しています。例えば、並列数8では34%向上しています。
新クラスターでは、SMP並列数8から16にかけて、新クラスターでは性能が低下しています。
MPPソルバーについては、旧クラスター → 新クラスターの移行に伴い、性能が向上しています。
並列数16以上では 25%以上の向上です。一方、並列数8以下では、3～13%の向上です。
16コア以上の並列計算においては、新クラスターでは１ノードあたり20コア中16コアの利用ですので、4コアを使わない状態でベンチマークを取っています。熱的な余裕から、新クラスターではTurboBoost機能が効果的に働くことが期待できます。一方、旧クラスターでは、1ノードあたり全16コアの利用ですので、TurboBoost機能が働いていない可能性があります。これらの影響から、並列計算16コア以上で、25%以上もの性能向上となっていると考えられます。

命令セット SSE2 vs AVX2 の比較

Haswellの最新命令セット AVX2の性能を検証しました。
棒グラフは左側目盛、折れ線グラフは右側目盛に対応しています。
効率が良いほど、棒グラフ短くなります。

使用したソルバーはMPPDYNA Ver. R8.0.0 SSE2版、および AVX2版です。
従来の命令セットSSE2と比較して、3～5%程度の向上が見られています。
AVX2命令セットに対応したソルバーに変更するだけで、計算時間の短縮が期待できます。

新旧ソルバー性能の比較

MPPDYNA Ver.971 R6.1.0は比較的古いコンパイラー（Intel Compiler 10.1）で構築されています。
一方、MPPDYNA Ver. R8.0.0 は比較的新しいコンパイラー（Intel Compiler 13.1）で構築されています。両者の違いを検証しました。
棒グラフは左側目盛、折れ線グラフは右側目盛に対応しています。
効率が良いほど、棒グラフ短くなります。