Viel hilft viel?

oder

Was muss ich bei der Konfiguration einer Workstation für FEM-Simulationen beachten?

Symbolbild für die Rechenleistung von Workstations für FEM SimulationenVor ein paar Jahren kam ein Kunde auf uns zu und wollte seine neu angeschaffte Workstation mit unserer vergleichen.

 

 

 

 

Der Kundenrechner hatte diese Konfiguration:

  • 2 Xeon-Prozessoren
  • 128 Gigabyte Ram (das war damals noch richtig viel)
  • Preis ca. 10000 Euro

Unser Rechner war wesentlich bescheidener:

  • 1 Xeon-Prozessor
  • 32 Gigabyte Ram
  • Preis ca. 3000 Euro

Und ja, mehr ist mehr: Der teurere Kundenrechner brauchte tatsächlich mehr Zeit (ca. doppelt so viel) für die Berechnung.
Richtig gelesen: Die teurere Workstation war langsamer!

Woran das gelegen hat und worauf Sie bei der Auswahl eines Computers für FEM-Berechnungen achten sollten, finden Sie im Folgenden.

Symbolbild für die extrem leistungsstarken Prozessoren von FEM-WorkstationsOptimaler PC für FE-Berechnungen

Die Bandbreite der FE-Berechnungen ist groß: vom einfachen Stabwerksmodell mit einigen hundert Knoten bis zu extrem aufwändigen Berechnungen mit mehreren Millionen Freiheitsgraden. Diese Bandbreite wollen wir nicht abdecken und konzentrieren uns auf „übliche Berechnungen“, wie sie typischerweise im Konstruktionsprozess für die Festigkeitsbewertung durchgeführt werden. Typische Modelle dieser Kategorie findet man auf unserer Seite zur FEM Berechnung.

Diese Modelle sehen üblicherweise so aus:

  • Maximal 600 000 Knoten für nichtlineare Berechnung (z.B. Schraubenberechnungen)
  • Maximal 2 Mio. Knoten für lineare Berechnungen
  • Statische Analysen sowie Modalanalysen

 

Prozessor

Bei den meisten FEM-Softwarepaketen ist die Kernanzahl, auf denen gerechnet werden kann, abhängig von der Lizenz begrenzt. Für einen mittleren fünfstelligen Betrag kann beispielsweise Ansys auf 4 Kernen rechnen. Eine Erhöhung der Kernanzahl des Prozessors darüber hinaus ist nicht sinnvoll. Die zusätzlichen Kerne werden nicht für die Berechnung genutzt. Umgehen kann man dieses Problem durch den Kauf von Lizenzen für zusätzliche Kerne, der allerdings sehr kostenintensiv ist und sich nur für die Berechnung sehr aufwändiger Problemstellungen lohnt.

Wesentlich bei der Wahl des Prozessors ist die Taktfrequenz der Kerne, sowie die Operationen pro Takt. Die Operationen per Takt (die bei dem obigen Beispiel der wesentliche Grund für den Geschwindigkeitsunterschied waren) werden maßgeblich durch die AVX-Erweiterungen bestimmt. Unsere Empfehlung ist daher heute (2019) einen Prozessor mit AVX512 zu benutzen. Der Hersteller AMD hat aktuell keinen Prozessor mit AVX512, so dass nur Intel in der Auswahl verbleibt. Ein geeigneter Prozessor wäre beispielsweise der Xeon W-2125.

Zu beachten ist, dass die günstigeren Prozessoren z.T. nur eine AVX-Pipeline pro Kern besitzen. Dies sollte man vermeiden.

Hin und wieder hört man die Meinung, dass man mehr Kerne, als für die Simulation im Einsatz sind, haben sollte. Bei unseren Rechnern entspricht die Kernanzahl der Prozessoren der maximal nutzbaren Kerne (Lizenz bedingt). Trotzdem ist ein Weiterarbeiten (z.B. Berechnungsbericht schreiben, Exceltabellen, …) bei laufender FE-Rechnung kein Problem.

Ram

Nach unserer Erfahrung bringt es kaum Vorteile, den schnellsten und damit teuersten Ram zu kaufen, der angeboten wird. Bei der Größe scheiden sich die Geister: Ziel ist natürlich, die Berechnung im Arbeitsspeicher durchführen zu können, ohne eine Auslagerungsdatei zu verwenden, die die Berechnung verlangsamt.

Für uns hat sich eine Größe von 64 Gigabyte als geeignet herausgestellt.

Symbolbild der Grafikkarte für FEM-WorkstationsGrafikkarte

Die Anforderungen an die Grafikkarte sind – bei der Verwendung von Ansys – überschaubar. Auf eine Highend-Grafikkarte kann man daher gut verzichten. Wir selber verwenden die PNY P620 und sind damit in der täglichen Arbeit zufrieden.

Ähnliche Modelle von anderen Herstellern sind sicherlich ebenfalls ausreichend leistungsstark.

Symbolbild Datenspeicher einer FEM-Workstation - keine HDDDatenspeicher/ Festplatte

Definitiv keine HDD-Festplatte, sondern natürlich eine SSD. Diese bringt bei der Ergebnisauswertung große Vorteile (wesentlich schneller). Außerdem macht sich die SSD für die Rechengeschwindigkeit positiv bemerkbar, sobald das FE-Programm auf Grund eines ausgelasteten Arbeitsspeichers eine Auslagerungsdatei erstellt.

Bei der Größe sollte man nicht sparsam sein: 1 Terabyte darf es gerne sein. Eine Anschaffung von 2 SSDs (eine für das Betriebssystem, eine für das Arbeitsverzeichnis) halten wir nicht für nötig.

Ein NVME-Laufwerk schadet sicherlich nicht, bringt aber aus unserer Erfahrung auch keine wesentlichen Geschwindigkeitsgewinn. Eine schnelle SATA-SSD ist ausreichend.

Einen Ausfall einer SSD aufgrund der hohen Schreiblast hatten wir bis jetzt noch nicht zu verzeichnen, obwohl wir SSDs schon sehr lange einsetzen.

 

Gehäuse

Schwarz! Der Rest ist egal.

Sie haben Anmerkungen, Ideen oder Fragen: Schreiben Sie mir an ahanke@ing-hanke.de oder rufen Sie mich an (0381/121 579 10).