在地震工程领域的研究中,对建筑结构的数值模拟分析是科研人员采用的主要技术手段之一。随着计算机科学的发展,结构有限元模拟技术日益成熟,国内外已经研发了多种分析软件可用于结构的非线性分析,并可以作为试验方法的一种高效且低成本的补充。
地震工程研究领域应用的主流分析软件之一OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)具有代码开源、持续集成最新学术成果等优点,具备强大的非线性分析功能,可实现并行计算分析。OpenSees默认提供Windows版与Mac版,为实现OpenSees云计算功能,四川大学中国西部抗震防灾研究中心戴靠山研究团队成员王健泽博士与北京超级云计算中心技术工程师周靖宇、宋志方联合攻关,开展Linux版本程序编译与调试,成功将OpenSees 2.5版本部署在北京超级云计算中心A分区(更多版本正在陆续上线部署中)。
北京超级云计算中心拥有上千台超级计算机供用户使用,用户可以通过脚本模式对OpenSees计算任务进行分配。经王健泽博士的计算测试,使用相同的单体结构模型进行22组地震激励计算时,原本需要近4个小时的计算,在北京超级云计算中心所需时间仅44分钟,计算性能提升近5倍。
图1 通过超算使用脚本模式进行调度
四川大学中国西部抗震防灾研究中心戴靠山教授研究团队主要致力于工程结构防灾减灾领域方面的研究,已主持完成了多项国家自然科学基金与重大工程项目。研究团队主要成员王健泽博士、李弢博士、钟杰博士等人在复杂结构及工程减隔震分析、抗震防灾云计算、数字孪生技术等方面积极开展工作。
图2. 基于OpenSees分析的复杂工业结构抗震韧性评估实例
北京超级云计算中心作为国内超算服务单位,为科研工作者提供线上超算资源、软件资源、计算平台及技术服务。中心在地震工程领域和四川大学中国西部抗震防灾研究中心开展紧密合作,旨在促进工程抗震领域结构建模和计算机模拟的技术水平,满足抗震防灾科研及工程应用的需求。
中心拥有配置种类众多的超算资源,均采用X86 架构的处理器,并配置了Infiniband 高速计算网络及并行文件系统,经过对硬件、系统、应用等环境的不断优化,运行效率与计算性能卓越,在基础科学、工业仿真、气象海洋、生命科学、能源等领域应用广泛。
截至目前,北京超算中心 CPU 突破 10 万核心。其中,A分区计算性能突出,自2019年11月上线以来广受好评,资源总量动态持续扩容,计算能力已经达到 2.5PFlops(每秒钟 2500 万亿次浮点计算),后续将进一步扩大资源优势。
A分区资源特性:
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1000+台X86通用服务器, 200种软件应用
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60000 CPU核心,2000万亿次/秒
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多核心,支持高并发计算任务,单节点核心数:64核/128核
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大内存,单节点内存:256GB/512GB,IB高速网