[ANZINE] 클러스터 슈퍼컴을 이용한 ANSYS Simulation
- 소식
- 2023.05.26
클러스터 슈퍼컴을 이용한 ANSYS Simulation
㈜클루닉스는 장시간이 소요되는 해석 시뮬레이션 등의 작업을 단축할 수 있는 클러스터 슈퍼컴퓨터를 구축, 판매하는 업체입니다. 클러스터 슈퍼컴퓨터란, 8 CPU 미만의 중소형 컴퓨터를 고속 네트워크로 연결하여 만들어지는 수백 CPU 이상의 고성능 컴퓨터를 이야기합니다.
㈜클루닉스에서는 ANSYS를 국내에 공급하는 태성 SNE의 협조를 받아 대표적 CAE 프로그램인 ANSYS의 해석 시간을 클러스터 슈퍼컴퓨터로 단축하고, 개별적으로 PC에서 실행하는 것에 비하여 어떠한 장점이 있을지에 대해 조사하는 실험을 실시하였습니다.
PC와 같은 범용 컴퓨터를 다수 이용하여 슈퍼컴퓨터를 구축하는 일은 많은 기술적 어려움과 부수적 문제를 야기합니다. ㈜클루닉스는 이 분야에서 세계 최고 수준의 기술과 제품을 보유한 전문 기업으로 이미 대우조선, 로템, ETS, RIST 연구소, 엠텍비전 등 국내 유수 업체들이 클루닉스의 그리드 솔루션으로 슈퍼컴을 구축 운영하고 있습니다.
시스템의 구성
본 실험에는 태성 SNE의 필요에 의해 총 3대, 6 CPU, 12 코어로 클러스터 시스템이 구축, 공급되었으며, 클러스터 슈퍼컴의 구성을 위해 ㈜클루닉스의 슈퍼컴퓨터 구축/운영 솔루션인 “그리드센터” 소프트웨어가 사용되었습니다.
ANSYS 등의 사용자(연구원)나 시스템 운영자의 입장에서는 해석할 모델 만들어서 CAE 프로그램으로 실행하는 것 외에는 신경쓰고 싶지 않겠지만, 해석 시간을 줄이기 위해 해석 작업을 병렬 슈퍼컴에서 실행하려면 불가피하게 아래의 실무적이고 기술적인 사항을 새로 배우거나 해결해야 합니다.
1) 그리드(슈퍼컴) 도입(구축)
2) 설계 S/W에 맞게 (최고속도가 나도록) 최적화
3) 모델링 후 슈퍼컴에서 해석작업을 실행
4) 슈퍼컴 자체를 운영 (사용자 관리, 디스크 관리, 시스템 관리)
㈜클루닉스의 그리드 슈퍼컴 솔루션인 “그리드센터”는 네트워크에 연결된 워크스테이션 급의 소형 서버들로 슈퍼컴퓨터를 구성합니다. (현존하는 모든 CAE 프로그램에 대해 최적화가 가능한 것은 아니지만, MPP 버전 혹은 병렬 버전이 존재하는 CAE 프로그램들은 그에 맞는 최적화가 가능)
CAE 프로그램의 사용자는 그렇게 만들어진 그리드 슈퍼컴에 로그인하여 간단한 명령어나 인터넷 브라우저로 해석 작업을 실행하면 그리드센터 소프트웨어가 사용자의 해석작업, 시뮬레이션 작업들을 알아서 줄세우고, 해석 작업에 필요한 만큼 CPU를 준비해서 최단시간 내에 수행합니다. 사용자는 새로 구축된 슈퍼컴의 접속법과 명령어 약간만 알고 있으면 쉽게 최단시간 내에 결과를 얻을 수 있습니다.
그리드센터
PC급 컴퓨터로 해석용 슈퍼컴을 손쉽게 구현할 수 있는 그리드센터는 혼자 쓰는 슈퍼컴이 아닌 만큼, 새로 사용자가 들어오거나, 나가거나, 하드 디스크가 모자라는 경우가 항상 존재할 수 있습니다. 거기에 더해 해석 소프트웨어를 새로 깔거나, 고쳐 깔 경우도 발생합니다. 그리드 슈퍼컴은 (실제 슈퍼컴과 달리) 수십대의 소형 서버를 연결한 것이어서 사용자를 더하거나 빼는 일, 프로그램 하나를 더 까는 일도 상당한 노고가 듭니다. (게다가 그 일들은 대부분의 관리자나 사용자에게 생소한 “리눅스” 서버 관리입니다)
그리드센터는 누구나 쓸 수 있는 인터넷 브라우저 상에서 직관적으로 프로그램 패키지 설치나 사용자 추가, 디스크 용량 등을 관리할 수 있습니다. (주)클루닉스는 혹은 다른 전문 업체에서 관리를 서비스 하고 있기는 하지만, 이러한 관리로 인해서 발생하는 시간 비용 등을 생각해 보았을 때, 인터넷 브라우저를 이용해서 간단하게 작업하는 것이 사용자 입장에선 더 좋은 방법일 수 있습니다.
실험방법
본 실험에 사용된 소프트웨어와 하드웨어와 시스템 소프트웨어의 구성은 표1과 같습니다. 본 실험에서는 태성에서 제공한 ANSYS 소프트웨어 10.0을 사용하였으며,벤치마크 대상 소스는 ansys 벤치마크 사이트로 유명한 PADT (http://www.padtinc.com)에서 다운 받은 소스를 이용하여 테스트하였습니다. ANSYS 10.0 (Linux X86_64)를 이용하였으며 테스트 소스는 비선형 충돌 문제입니다.
- 표1 Simulatino 하드웨어 사양 -
㈜클루닉스는 장시간이 소요되는 해석 시뮬레이션 등의 작업을 단축할 수 있는 클러스터 슈퍼컴퓨터를 구축, 판매하는 업체입니다. 클러스터 슈퍼컴퓨터란, 8 CPU 미만의 중소형 컴퓨터를 고속 네트워크로 연결하여 만들어지는 수백 CPU 이상의 고성능 컴퓨터를 이야기합니다.
㈜클루닉스에서는 ANSYS를 국내에 공급하는 태성 SNE의 협조를 받아 대표적 CAE 프로그램인 ANSYS의 해석 시간을 클러스터 슈퍼컴퓨터로 단축하고, 개별적으로 PC에서 실행하는 것에 비하여 어떠한 장점이 있을지에 대해 조사하는 실험을 실시하였습니다.
PC와 같은 범용 컴퓨터를 다수 이용하여 슈퍼컴퓨터를 구축하는 일은 많은 기술적 어려움과 부수적 문제를 야기합니다. ㈜클루닉스는 이 분야에서 세계 최고 수준의 기술과 제품을 보유한 전문 기업으로 이미 대우조선, 로템, ETS, RIST 연구소, 엠텍비전 등 국내 유수 업체들이 클루닉스의 그리드 솔루션으로 슈퍼컴을 구축 운영하고 있습니다.
시스템의 구성
본 실험에는 태성 SNE의 필요에 의해 총 3대, 6 CPU, 12 코어로 클러스터 시스템이 구축, 공급되었으며, 클러스터 슈퍼컴의 구성을 위해 ㈜클루닉스의 슈퍼컴퓨터 구축/운영 솔루션인 “그리드센터” 소프트웨어가 사용되었습니다.
ANSYS 등의 사용자(연구원)나 시스템 운영자의 입장에서는 해석할 모델 만들어서 CAE 프로그램으로 실행하는 것 외에는 신경쓰고 싶지 않겠지만, 해석 시간을 줄이기 위해 해석 작업을 병렬 슈퍼컴에서 실행하려면 불가피하게 아래의 실무적이고 기술적인 사항을 새로 배우거나 해결해야 합니다.
1) 그리드(슈퍼컴) 도입(구축)
2) 설계 S/W에 맞게 (최고속도가 나도록) 최적화
3) 모델링 후 슈퍼컴에서 해석작업을 실행
4) 슈퍼컴 자체를 운영 (사용자 관리, 디스크 관리, 시스템 관리)
㈜클루닉스의 그리드 슈퍼컴 솔루션인 “그리드센터”는 네트워크에 연결된 워크스테이션 급의 소형 서버들로 슈퍼컴퓨터를 구성합니다. (현존하는 모든 CAE 프로그램에 대해 최적화가 가능한 것은 아니지만, MPP 버전 혹은 병렬 버전이 존재하는 CAE 프로그램들은 그에 맞는 최적화가 가능)
CAE 프로그램의 사용자는 그렇게 만들어진 그리드 슈퍼컴에 로그인하여 간단한 명령어나 인터넷 브라우저로 해석 작업을 실행하면 그리드센터 소프트웨어가 사용자의 해석작업, 시뮬레이션 작업들을 알아서 줄세우고, 해석 작업에 필요한 만큼 CPU를 준비해서 최단시간 내에 수행합니다. 사용자는 새로 구축된 슈퍼컴의 접속법과 명령어 약간만 알고 있으면 쉽게 최단시간 내에 결과를 얻을 수 있습니다.
그리드센터
PC급 컴퓨터로 해석용 슈퍼컴을 손쉽게 구현할 수 있는 그리드센터는 혼자 쓰는 슈퍼컴이 아닌 만큼, 새로 사용자가 들어오거나, 나가거나, 하드 디스크가 모자라는 경우가 항상 존재할 수 있습니다. 거기에 더해 해석 소프트웨어를 새로 깔거나, 고쳐 깔 경우도 발생합니다. 그리드 슈퍼컴은 (실제 슈퍼컴과 달리) 수십대의 소형 서버를 연결한 것이어서 사용자를 더하거나 빼는 일, 프로그램 하나를 더 까는 일도 상당한 노고가 듭니다. (게다가 그 일들은 대부분의 관리자나 사용자에게 생소한 “리눅스” 서버 관리입니다)
그리드센터는 누구나 쓸 수 있는 인터넷 브라우저 상에서 직관적으로 프로그램 패키지 설치나 사용자 추가, 디스크 용량 등을 관리할 수 있습니다. (주)클루닉스는 혹은 다른 전문 업체에서 관리를 서비스 하고 있기는 하지만, 이러한 관리로 인해서 발생하는 시간 비용 등을 생각해 보았을 때, 인터넷 브라우저를 이용해서 간단하게 작업하는 것이 사용자 입장에선 더 좋은 방법일 수 있습니다.
실험방법
본 실험에 사용된 소프트웨어와 하드웨어와 시스템 소프트웨어의 구성은 표1과 같습니다. 본 실험에서는 태성에서 제공한 ANSYS 소프트웨어 10.0을 사용하였으며,벤치마크 대상 소스는 ansys 벤치마크 사이트로 유명한 PADT (http://www.padtinc.com)에서 다운 받은 소스를 이용하여 테스트하였습니다. ANSYS 10.0 (Linux X86_64)를 이용하였으며 테스트 소스는 비선형 충돌 문제입니다.
- 표1 Simulatino 하드웨어 사양 -
실행 결과
실험 결과, 6 CPU를 사용하여 약 1.97의 속도 증가 효과를 보여, 3대의 컴퓨터를 사용하여 1/2로 실행시간을 단축할 수 있었습니다. 해석시간은 표2와 같으며, 2 CPU를 사용했을 때, 1 CPU 보다 약 30% (약 230초)의 시간을 단축 시킬 수 있었습니다. 2대의 컴퓨터를 사용할 경우(4 CPU)는 해석 시간은 300초 이상 감소하여, 단일 CPU에서 해석할 때 보다 40% 이상의 시간을 줄일 수 있었습니다. 6 CPU를 사용할 경우 해석시간은 690초에서 350초로 단축되어 단일 CPU를 이용한 해석 시간의 절반 수준으로 해석 시간을 단축시킬 수 있습니다.
- 표2 CPU 개수에 따른 해석 결과 -
실험 결과, 6 CPU를 사용하여 약 1.97의 속도 증가 효과를 보여, 3대의 컴퓨터를 사용하여 1/2로 실행시간을 단축할 수 있었습니다. 해석시간은 표2와 같으며, 2 CPU를 사용했을 때, 1 CPU 보다 약 30% (약 230초)의 시간을 단축 시킬 수 있었습니다. 2대의 컴퓨터를 사용할 경우(4 CPU)는 해석 시간은 300초 이상 감소하여, 단일 CPU에서 해석할 때 보다 40% 이상의 시간을 줄일 수 있었습니다. 6 CPU를 사용할 경우 해석시간은 690초에서 350초로 단축되어 단일 CPU를 이용한 해석 시간의 절반 수준으로 해석 시간을 단축시킬 수 있습니다.
- 표2 CPU 개수에 따른 해석 결과 -
결론
이상의 실험 결과를 볼 때, 기존 시뮬레이션 시간을 절반 이하로 줄일 수 있다는 점에서 2~4대 수준의 클러스터를 사용하는 것이 개별 시뮬레이션 작업에서는 바람직 하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 CPU 개수 증가에 따른 시간 단축의 비율이 급격히 감소하므로, 8 CPU (4대) 이상의 클러스터 시뮬레이션은 3대 이하의 구성에 비해 큰 성능 개선을 기대하기 어려울 것으로 생각됩니다.
따라서, ANSYS를 이용한 해석 및 시뮬레이션 작업에서는 최하 2~4대의 클러스터로 개별 시뮬레이션 작업의 속도 개선을 도모하고, 시뮬레이션 작업의 횟수나 수요가 증가함에 따라 그리드센터와 같은 스케줄러 기능을 갖춘 그리드 클러스터링 솔루션을 이용하여, 2~4대 단위로 PC 급 서버를 추가 증설해 나가는 것이 바람직하다고 판단됩니다.
출처 : ANZINE 2007년 04월 발행
이상의 실험 결과를 볼 때, 기존 시뮬레이션 시간을 절반 이하로 줄일 수 있다는 점에서 2~4대 수준의 클러스터를 사용하는 것이 개별 시뮬레이션 작업에서는 바람직 하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 CPU 개수 증가에 따른 시간 단축의 비율이 급격히 감소하므로, 8 CPU (4대) 이상의 클러스터 시뮬레이션은 3대 이하의 구성에 비해 큰 성능 개선을 기대하기 어려울 것으로 생각됩니다.
따라서, ANSYS를 이용한 해석 및 시뮬레이션 작업에서는 최하 2~4대의 클러스터로 개별 시뮬레이션 작업의 속도 개선을 도모하고, 시뮬레이션 작업의 횟수나 수요가 증가함에 따라 그리드센터와 같은 스케줄러 기능을 갖춘 그리드 클러스터링 솔루션을 이용하여, 2~4대 단위로 PC 급 서버를 추가 증설해 나가는 것이 바람직하다고 판단됩니다.
출처 : ANZINE 2007년 04월 발행
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