從事仿真行業的同學經常有碰到一個頭疼的問題，那就是：如何根據自己的仿真環境和應用軟件合理配置自己的計算機？因為仿真時需要進行很多的高性能計算。高性能計算，又稱超級計算，是計算機科學重要的前沿性分支，它不僅是一個國家綜合科研實力的體現，更是對國家安全、經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。高性能計算可以應用于工程仿真、深度學習研究、計算材料研究、生物學研究、氣象學研究、石油勘探等方面。

而工程仿真的高性能計算目的就是要以更低的成本（最短的時間、最少的人力、最少的資金），更真實地模擬物理世界。

有限元計算的實質是求解線性方程組，因此高性能計算的目標有兩個：

一個目標是求解更大規模的模型，讓數值計算的模型更接近真實的模型，計算出更高的精度。不同算法的求解器對計算機硬件資源的需求不同，因此可求解的最大規模也不同；另一個目標是同一規模的算例求解的時間更短，或在單位時間內求解的次數更多，可以通過改進求解器算法或者提高計算機計算速度等方式來實現。

ANSYS mechanical 屬于隱式結構有限元分析求解器，這種求解器在進行大規模問題求解時，對硬件系統資源，包括CPU、內存、磁盤IO、互聯性能等要求如下：

1、CPU

CPU處理器決定計算的求解速度，主要考慮的是主頻和核數。通常而言，ANSYS mechanical軟件速度隨著 CPU 的核數和時鐘頻率（主頻）遞增。CPU主頻越高，單核的求解速度越快，多核求解進程可以縮短求解時間。在選擇硬件配置時，不應一味追求 CPU 核心數，還需要注意CPU主頻；為了達到比較好的加速比，需要關閉超線程 Hyper-threading，開啟Turbo boost。

2、內存

內存決定求解規模。內存總量越大，可求解問題規模越大。在有限元計算過程中，CPU需要與內存間進行大量數據的存取 （I/O），內存帶寬越寬，速度越快；所有內存通道工作在最高速率，每塊CPU應配備等量的內存，每個CPU內核配備8GB以上內存最佳，建議內存容量在48 Gb以上。一般來說，每百萬自由度的模型需要1-1.5G的內存（根據算法會有所不同）。對于ANSYS mechanical建議以incore 方式求解，

大內存對隱式結構有限元分析求解器不僅能帶來求解更大規模的題目，如果內存足夠大還將大大縮短求解時間，因為從內存讀取數據的速度，要比從磁盤要高至少一個數量級。配置大內存的工作站或服務器，還需要考慮內存帶寬和每個計算內核訪問內存的均衡性。有時如果CPU 或內存數量選擇不當，可能會降低其頻率，只有將這些內存通道全部占滿，每個通道的內存容量均衡，而且全部達到最高內存帶寬的大內存系統才適合高性能應用。

3、高速磁盤IO

存儲影響求解速度，需要考慮存儲的容量和速度。硬盤容量需要足夠大，用來保證求解過程中的臨時文件和永久文件的存儲。磁盤的IO性能往往也是制約求解速度的瓶頸。因此應盡可能選用高持續讀寫速率的磁盤系統做工作目錄，例如高轉速的磁盤（15KRPM）、固態硬盤、基于Infiniband 的并行文件系統等。

4、高性能互聯

如果采用集群構架求解DMP 算法的隱式結構有限元問題，高性能互聯將有助于提高并行效率。采用Infiniband 互聯的并行效率比采用萬兆以太網大約高30%左右。

5、顯存與GPU

顯存主要影響前后處理時模型的顯示速度。顯卡性能主要對ANSYS mechanical 軟件的前后處理過程中的圖形顯示速度與效果起作用，包括復雜模型的交互操作，大規模網格顯示以及結果后處理生成與顯示，對計算過程沒有影響；建議采用專業級的圖形顯卡。GPU作為圖形處理器，可以參與計算，支持ANSYS mechanical的并行求解計算加速。

從以上分析可以看出，在進行隱式結構有限元求解器的硬件配置過程中，均衡設計是最重要的基石。下圖為根據多個算例測試后，形成的如何根據計算規模來選擇各部分硬件的曲線。

一般完成一個有限元分析過程需要前處理、求解和后處理三個步驟。前處理一般在圖形工作站上完成，有限元求解可在圖形工作站、集群及SMP 服務器上進行。對于中小問題（例如1000 萬節點以內的ANSYS mechanical問題），一般認為在圖形工作站上就可以進行求解；

對于中大型問題（例如1000 萬節點以上的ANSYS mechanical問題），建議還是在計算性能更高的集群或SMP 服務器上進行。對于中小型問題，可以在圖形工作站上運行有限元后處理程序，讀取計算結果進行結果的分析。但對于大型問題，圖形工作站的內存、CPU 或GPU 的處理能力，單個顯示器等都有可能成為性能的瓶頸，因此需要專業的可視化系統，包括應用軟件和硬件等。