تنظیم تعداد هسته CPU در انسیس؛ حل سریع‌تر در Mechanical و Fluent

چرا هسته بیشتر همیشه به معنی حل سریع‌تر نیست؟

حل موازی در انسیس، بخشی از محاسبات را میان چند هسته تقسیم می‌کند. بخش‌های ترتیبی، تبادل داده بین فرایندها، دسترسی به حافظه و نوشتن فایل همچنان زمان می‌گیرند. بنابراین دو برابرکردن هسته‌ها الزاماً زمان حل را نصف نمی‌کند. هدف عملی، کم‌کردن زمان رسیدن به نتیجه معتبر با هزینه قابل قبول است؛ درصد استفاده CPU به‌تنهایی معیار انتخاب نیست.

هسته فیزیکی را با پردازنده منطقی اشتباه نگیرید. Hyper-Threading یا SMT منابع یک هسته را بین چند رشته به اشتراک می‌گذارد و تعداد هسته فیزیکی را دو برابر نمی‌کند. برای شروع، تعداد هسته‌های فیزیکی قابل تخصیص و سقف مجوز را مبنا بگیرید. راهنمای Starting a DMP Analysis درباره افت کارایی استفاده از هسته‌های مجازی در MAPDL توضیح می‌دهد. این توصیه با الزام همیشگی به تغییر BIOS برای همه محصولات و همه مدل‌ها یکسان نیست.

تنظیم هسته در Mechanical و Fluent

تنظیم تعداد هسته CPU در انسیس Mechanical

1. در Mechanical از زبانه Home، بخش Solve، پنجره Solve Process Settings را باز کنید. محل دقیق فرمان با نسخه و چیدمان رابط متفاوت است.
2. هدف حل، مثلاً My Computer، را انتخاب کنید و تنظیمات Advanced را باز کنید.
3. مقدار Max number of utilized cores را در محدوده هسته‌های فیزیکی و مجوز موجود تنظیم کنید. عدد واردشده را با تعداد واقعی هسته مصرف‌شده در گزارش حل تطبیق دهید.
4. برای حلگر Mechanical APDL، گزینه Distribute Solution مربوط به پردازش با حافظه توزیع‌شده است. انتخاب SMP، DMP یا Hybrid به حلگر و مدل بستگی دارد؛ یک تنظیم ثابت برای همه تحلیل‌ها مناسب نیست.
5. حل را اجرا و در Solution Information، گزارش حل و آمار زمان و حافظه را بررسی کنید.

مرجع این مسیر Using Solve Process Settings، راهنمای Mechanical 2024 R2 است. این تنظیم برای همه حلگرها یکسان نیست؛ برای مثال کنترل LS-DYNA را نباید از روی مسیر MAPDL تعمیم داد.

تنظیم تعداد پردازش‌ها در Fluent

1. در Fluent Launcher حالت Solution و تنظیمات مناسب مدل، از جمله بعد هندسی و دقت عددی، را انتخاب کنید.
2. در Parallel (Local Machine)، مقدار Solver Processes را تعیین کنید. مقدار بیشتر از یک، اجرای موازی حل CPU را فعال می‌کند.
3. Meshing Processes و Solver Processes را جدا بشناسید؛ تعداد فرایندهای مش‌زنی الزاماً تنظیم حل نهایی نیست.
4. پس از بازکردن مدل، اطلاعات کنسول و تقسیم‌بندی شبکه را کنترل کنید. برای مقایسه تعداد هسته‌ها، همان case/data و تنظیمات فیزیکی را نگه دارید.
5. زمان اجرای تعداد مشخصی iteration یا time step را ثبت کنید؛ نوشتن مکرر فایل و عدم توازن تقسیم‌بندی می‌تواند نتیجه آزمون را مخدوش کند.

این مراحل در Starting Parallel Ansys Fluent Using Fluent Launcher و Starting Ansys Fluent شرح داده شده‌اند. دستور نمونه برای اجرای حل CPU سه‌بعدی با دقت مضاعف و چهار فرایند، در محیط دارای نصب و مجوز مناسب، چنین است:

fluent 3ddp -t4

محدودیت مجوز HPC را چگونه بررسی کنیم؟

تعداد هسته مجاز را از روی تعداد هسته سخت‌افزار حدس نزنید. محصول، نوع مجوز، نسخه و بسته‌های HPC تعیین می‌کنند چه منابعی قابل استفاده‌اند. در راهنمای Mechanical 2024 R2، برای حل MAPDL و Explicit Dynamics، هسته‌های اضافی پس از چهار هسته نخست نیازمند مجوز HPC معرفی شده‌اند. این عدد را نباید بدون کنترل قرارداد به Student، Academic، Fluent یا سایر بسته‌ها تعمیم داد.

اگر درخواست هسته پذیرفته نمی‌شود، پیام دقیق checkout مجوز را بررسی کنید و با مسئول مجوز تطبیق دهید. تغییر تعداد فرایندها محدودیت مجوز را برطرف نمی‌کند. برای برآورد منابع، نام محصول و نسخه، نوع مجوز و ظرفیت واقعی در دسترس را ثبت کنید.

RAM، دیسک و اندازه مدل چه اثری دارند؟

هسته‌ها برای حافظه و پهنای باند رقابت می‌کنند. کمبود RAM و افزایش دسترسی به دیسک می‌تواند سود هسته‌های بیشتر را از بین ببرد. مصرف حافظه نیز الزاماً با تقسیم تعداد المان‌ها یا سلول‌ها بر تعداد هسته‌ها تعیین نمی‌شود؛ داده‌های تکرارشونده و سربار حلگر وجود دارند.

در Performance Guide رسمی Mechanical APDL 2026 R1، توازن CPU، حافظه و I/O و تفاوت فرایندهای MPI با رشته‌های حافظه مشترک توضیح داده شده است. برای یک مدل کوچک، سربار ارتباطی ممکن است بر زمان محاسبه غلبه کند؛ در یک مدل بزرگ، ظرفیت حافظه و حلگر مناسب می‌تواند تعیین‌کننده باشد. عدد ثابتی مانند «سلول به‌ازای هر هسته» برای همه مدل‌های Fluent قابل اتکا نیست.

روش عملی انتخاب تعداد هسته برای پروژه صنعتی

1. یک نسخه ثابت از مدل و یک مبنای مقایسه تعریف کنید؛ نسخه نرم‌افزار، حلگر، مش، شرایط اولیه و تنظیمات خروجی یکسان بمانند.
2. با تعدادهای مجاز مانند ۲، ۴ و ۸ هسته، متناسب با منابع موجود، آزمون کنید. این اعداد فقط نمونه برنامه آزمون‌اند.
3. در Mechanical زمان کل حل، زمان حل معادلات، حافظه و وضعیت in-core/out-of-core را ثبت کنید. در Fluent زمان iteration یا time step پس از شروع پایدار اجرا و زمان کل بخش آزمون را مقایسه کنید.
4. معیارهای اعتبار نتیجه را هم کنترل کنید: تعادل نیرو و جابه‌جایی در سازه، یا موازنه جرم و کمیت هدف و همگرایی در CFD. اختلافات کوچک عددی ناشی از ترتیب عملیات موازی ممکن‌اند.
5. اگر افزایش هسته سود کمی داشت، RAM، دیسک، اندازه مدل، تقسیم‌بندی و تنظیمات حلگر را بررسی کنید؛ سپس درباره ارتقای سخت‌افزار یا حل روی سرور تصمیم بگیرید.

برای مثال فرضی، اگر زمان حل با ۴ هسته ۱۲۰ دقیقه و با ۸ هسته ۸۰ دقیقه باشد، شتاب نسبت به مبنا ۱٫۵ برابر است. مصرف محاسباتی نیز از ۸ به حدود ۱۰٫۷ هسته‌ساعت می‌رسد. انتخاب بهتر به مهلت تحویل و هزینه منابع بستگی دارد؛ این اعداد نتیجه بنچمارک واقعی نیستند.

پرسش‌های رایج درباره افزایش سرعت حل انسیس

آیا همه هسته‌ها را به حل اختصاص دهم؟

فقط وقتی آزمون همان مدل، حافظه کافی و مجوز آن را توجیه می‌کنند. اجرای هم‌زمان چند حل می‌تواند رقابت منابع ایجاد کند.

آیا CPU صددرصد یعنی تنظیم درست است؟

خیر. زمان واقعی حل و اعتبار نتیجه را بسنجید. استفاده کامل از CPU تضمین‌کننده بهره‌وری یا همگرایی نیست.

آیا افزایش هسته مشکل همگرایی را حل می‌کند؟

علت فیزیکی یا عددی عدم همگرایی باید جدا بررسی شود. تغییر تعداد هسته جایگزین اصلاح مش، تماس، شرایط مرزی یا تنظیمات حل نیست.

آیا GPU همان تنظیم تعداد هسته است؟

خیر. حل GPU مسیر مستقلی با الزامات سخت‌افزار، مجوز و پشتیبانی مدل‌ها دارد و باید با مستندات همان محصول و نسخه بررسی شود.