HPC 技术如何支持美国的制造业回流？

地缘政治变化正在对全球制造业产生结构性影响。在美国、西欧和其他工业化国家，越来越重视「制造业回流」。随之而来的是对利用数据分析、机器学习、机器人技术和高级设计模拟的新策略的需求，这些策略由 HPC 级计算能力支持，以帮助控制成本、提高质量并加快上市时间。

许多公司的这些战略的核心是：一个云计算平台，为制造商提供并不断更新其技术和支持服务生态系统。

回流的原因有很多。Design News 最近的一篇文章引用了美国国家标准与技术研究院的一份报告，指出「将制造业回流到美国一直是许多制造商的首要考虑，尤其是考虑到新冠疫情带来的供应链问题。靠近客户和市场、生态系统协同效应以及对国内经济的影响都是制造商希望将生产迁回美国的原因」。

日益加剧的地缘政治紧张局势和贸易限制是促使制造商发展国内制造能力的另一个风险因素。这与 1960 年代开始的长达数十年的离岸外包趋势背道而驰，这种趋势受到亚洲和其他国家廉价劳动力和更宽松监管制度的推动。当下，制造商正在寻求世界一流的技术战略和实践，使他们能够保持竞争力。

Azure 的制造生态系统

Microsoft Azure 是全球领先的高性能云平台之一，在制造业领域拥有丰富的经验。这种支持的关键是 Azure 对最新、最高性能技术的快速采用和集成。例如，Azure 已成为第一家采用新发布的 AMD 微处理器的公共云提供商，包括最新的 AMD EPYC CPU 和 AMD Radeon Instinct GPU，这是 HPC 行业中最热门的两款芯片。

「更强大的计算能力对制造商有两大影响，」微软 EMEA HPC 解决方案专家 Cédric Husianycia 说。这意味着工程师可以在更短的时间内生成更多的设计模拟——而更多的模拟意味着更有可能开发出满足制造商目标的优化产品。

「这也意味着他们可以运行更大范围、规模和复杂性的基于多物理场的模拟，」Husianycia 说。「使用最新最好的微处理器可以缩短产品设计和生产生命周期，并且可以设计出更精密、更先进的产品。这对制造商来说是双赢的。我们与 AMD 的密切关系，让他们的芯片在我们的制造客户中使用，是 Azure 产品的核心部分。」

Azure 云的另一个关键优势：制造商在给定时间所需的计算资源的弹性扩展或收缩。而且由于计算资源昂贵且工作负载的计算密集度越来越高，因此通常会出现资源扩展的情况。

这与通常无法满足计算需求的本地 IT 基础设施形成鲜明对比，迫使工程师和其他最终用户排队等待——这在业内被称为「约束环境」。本地基础设施制造商通常有三到五年的生命周期，这意味着到周期结束时，工程可用的技术已经变得越来越过时。相比之下，Azure 不断安装新的 HPC 级技术。

也就是说，Azure 云提供的不仅仅是 HPC 级计算，它还提供了广泛的硬件、软件和网络功能，以提供制造商所需的综合解决方案。

让我们看一下利用该平台的先进技术和支持服务组合的 Azure 客户示例。

Hexagon 的设计仿真软件

Hexagon 的制造智能部门开发仿真软件（其 CAE 仿真业务以前称为 MSC 软件），供工程师使用虚拟原型验证他们的设计。客户使用 Hexagon 解决方案来补充或替代物理构建和测试过程。该软件用于线性和非线性有限元分析 (FEA)、声学、流固耦合 (FSI)、多物理场、优化、疲劳和耐久性、多体动力学和控制系统仿真。

作为与制造软件供应商的典型合作伙伴关系，微软和 Hexagon 去年 3 月发布了 Hexagon 在 Azure 上的设计和工程软件解决方案的 Hexagon CAE 软件部署指南，如 MSC Nastran 等解决方案。联合开发的指南包括在 Azure HPC 基础设施上运行 Hexagon 模拟解决方案所需的部署步骤以及基准测试结果。

根据 Microsoft 高级 EMEA HPC 和 AI 专家 Lukasz Miroslaw 的说法，Azure Cyclecloud 用于协调用于测试的 HPC 集群的定义、部署和控制。「每个集群都配备了用于作业编排的调度程序，并利用了自动缩放功能，」Miroslaw 说。「例如，集群在提交作业时进行横向扩展，在所有作业完成时进行缩减。为了进行测试，我们使用了 Slurm 调度程序。」

他说，整个基础设施都部署在 Azure 虚拟网络中，该网络可以与互联网隔离并与本地网络基础设施集成，以允许本地客户端使用选择的协议进行访问，例如通过 SSH 访问主节点用于访问 Azure Cyclecloud 用户界面的 Slurm 调度程序和 HTTPS。

为了降低安装复杂性，Microsoft 提供了随时可用的 HPC 映像，用于配置 Infiniband 驱动程序、节点之间的连接以及 MPI 库。然后可以将这些映像自动附加到集群中的 VM，以自动部署和配置。

Ansys Cloud Direct 配置指南

同样，Ansys Cloud Direct 通过 Microsoft Azure 为 VDI 和 HPC 提供配置和优化指导，提供对在桌面和浏览器中运行的 Ansys 仿真应用程序的访问。Ansys Cloud Direct 与 Azure 合作开发并针对 Ansys 求解器进行了优化，是获取几乎无限计算资源的途径。

Ansys 云产品营销经理 Thomas Lejeune 在博客中写道：「75% 的 Ansys 客户表示，他们面临硬件障碍，无法充分利用软件的强大功能。」「他们中的大多数人在内核数量较少的计算机上工作，而在新冠疫情期间在家工作的情况加剧了这个问题。借助 Ansys Cloud Direct，我们与 Microsoft 合作提供了独特的 HPC 解决方案，该解决方案具有优化的工作流程、前所未有的性能和全面的支持。」

Altair-Azure 合作伙伴关系

Altair 为在 Azure 上运行的模拟、物联网、高性能计算、数据分析和人工智能提供了广泛的云软件解决方案。

对于内部资源有限的客户来说，云是一个很有吸引力的选择。Altair 指出，「使用 Azure 等云计算资源，理论上在应用程序可扩展性和潜在作业规模方面没有限制。时间有限的用户可以访问云中的更多节点以获得更快的结果，拥有本地数据中心的组织可以快速迁移到云中以运行更多模型并更快地完成工作。」

Altair 还在 Azure 市场上提供了 Altair Unlimited 虚拟设备，它提供了对 Altair 求解器和 HPC 资源管理的交钥匙、无限制访问。

Azure 上的普利司通数据平台

Azure 还深入研究了数据管理的细节。Azure 正在合作开展一项旨在改善运营、实现流程现代化和增强可持续性的大规模数字化转型计划。对此至关重要的是开发用于存储、处理和分析关键信息的端到端数据平台，然后将其用于战略规划、建模和预测。

Collaborative Advanced Powerful Platform for Analytics (CAPPA) 作为普利司通决策制定的「单一事实点」。它由一系列 Microsoft 技术提供支持，包括 Azure Databricks、Azure Purview 和 Azure Synapse Analytics。普利司通 EMIA 数据与分析总监 Onkar Ambekar 表示：「CAPPA 的诞生源于需要集中我们所有的信息，利用基于这些信息的关键见解，然后利用它们在我们的运营中创造有意义的变化。」

「为此，我们决定建立一个数据湖，我们可以在其中收集和存储来自我们业务各个部分的信息——从轮胎和橡胶业务到制造方面、供应链和其他领域。」

收集数据后（使用 Azure Databricks），普利司通可以对其进行分析并利用它来提高内部效率并改善客户服务。

最后，对于 Microsoft Azure 而言，这一切都是为了为制造商提供增强的、基于云的计算能力，这些能力从基础的数据科学水平延伸到在最强大的硬件上运行高级模拟和设计应用程序。它是一个云计算平台，是的，它也是一个不断发展的生态系统，永远配备最先进的 HPC 级技术。