次 CAE を取り巻く環境と展望 企業がシミュレーションに抱える痛み :3 つの例 クラウド CAE サービス Cistr Cistr のシステム概要 最新版 Cistr でできること Cistr を利 してみる 2

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1 クラウド CAE サービス 東京 学 学院新領域創成科学研究科 森 直樹, 井原遊, 野達 1

2 次 CAE を取り巻く環境と展望 企業がシミュレーションに抱える痛み :3 つの例 クラウド CAE サービス Cistr Cistr のシステム概要 最新版 Cistr でできること Cistr を利 してみる 2

3 CAE を取り巻く環境と展望 3

4 国内市場規模は約 3400 億円程度 2015 年度の国内 CAD/CAM/CAE の市場規模は およそ 3400 億円 [1] 前年度はおよそ 3200 億円で 4.7% 増の 込み 機械系 CAD/CAM/CAE 円安が進み 動 産業の利益増から設備投資が進んだ 建築系 CAD 前年度と同程度だが今後の好況に期待 半導体業界 EDA 市場 (Electronic Design Automation) 厳しい国際競争で減少傾向 4

5 機械系 CAD/CAM/CAE の市場は年 7.5% 増 機械系 CAD/CAM/CAE の市場 2015 年度は 2273 億円で前年 7.5% 増の 込み 順調な設備投資で今後も成 が 込まれる 注 される動向 3D プリンタを いた試作実験が シミュレーションを凌駕する可能性がある 依然として過渡応答 固有値 熱 流体解析などの点で シミュレーションの普及は必須となる 5

6 シミュレーションで える 伝えられる 例 : 気流の可視化 空気の流れが える のは職 技術 職 の勘によって形状を決めていた 数値 洞のシミュレーションにより の燃費が きく向上 空気抵抗を きく削減 技術継承の効率化 職 技術の普遍化が必要 現象が える からこそ 伝えることができる Fig. 1 動 の流体構造連成解析 [1] 6

7 企業がシミュレーションに 抱える痛み :3 つの例 7

8 1. シミュレーションの導 コストが い 事例 1: ある企業の例 良い製品の開発に 々取り組む シミュレーションはまだ導 していない ニーズ : シミュレーションを いて時間とコストを削減したい 設計プロセスの効率化を図りたい しかし : 初期費 としてコストが い 積もり : ソフト 1000 万円 コンピュータ 1000 万円 8

9 2. 最先端の計算には専 スキルが必要 事例 2: あるパーツメーカーの例 既にシミュレーションを導 している ニーズ : 最先端の並列計算技術を取り込こみ 精度の解析を実施したい 元請から 精度解析の要請がある しかし : 専 技術者がおらずスキルが必要 最先端の計算のために専 的な経験が必要 Fig. 2 PC クラスタ 9

10 3. 市販ソフトに計算性能の限界がある 事例 3: ある研究所の例 既に最先端のシミュレーションを導 している ニーズ : 膨 な時間がかかる最先端の解析を いたい い計算時間が設計 程のボトルネック しかし : 市販ソフトに性能限界がありコストと時間が吊り合わない ソフトウェアのアルゴリズムの問題で CPU を 10 倍使っても計算時間は 1/10 にならない 10

11 クラウド CAE サービス Cistr 11

12 Cistr は 3 つの痛みを解決するよう設計 1. ソフトと計算機の い導 コスト クラウド環境で導 コストを削減 2. 性能計算 シミュレーションのスキルが必要 専 的な設定が不要のブラウザ UI を提供 3. 計算性能に限界がある い並列計算パフォーマンスをもつアルゴリズムを採 12

13 シミュレーションを広く普及させたい 低い導 コスト 容易な操作の UI い計算性能の ベストミックスを明瞭 的確 速に提供 2D 3D CAD が広く普及し フリーソフトでも 分実 的なものが増えてきた シミュレーションソフトも同様の広がりを せるはず ただし計算規模と必要な計算資源はおよそ 例する 13

14 1. クラウド環境で導 コストを削減 従来の解析環境 Cistr のクラウド環境 ソフト PC クラスタ ユーザ側 Web ブラウザ Fig. 3 従来のシミュレーション環境と Cistr が提供するクラウド計算機環境 クラウドシステム Cistr PC クラスタ スパコン 14

15 2. 煩雑な操作が不要のブラウザ UI Fig. 4 ブラウザ UI の動作例 性能計算が専 スキル 煩雑な操作なしに実 できる 15

16 3. い並列計算性能を有するソルバ い並列計算効率を有する アルゴリズムを採 計算並列効率 95% 以上 CPU を増やすほど速くなる 規模並列計算や パラメータスタディに い性能を発揮 16 Fig. 5 Cistr と市販ソフトの計算加速率 [2]

17 計算時間の短縮とコストの削減を実現 (1/2) 設計変数の異なる 100 ケースのモデルを動解析 100 ケースをそれぞれ 1CPU で解析 1 ケース 1CPU で 25 の計算時間が必要とする 100 ケースをぞれぞれ 16CPU で解析 Amazon EC2 の計算資源を借りるとする 1 コア時間 : 15 円 市販ソフト A と FrontISTR で 較 市販ソフトは 1 ライセンス 10 万円と試算 17

18 計算時間の短縮とコストの削減を実現 (2/2) 計算時間 Table 1 計算コスト 既存ソフト CPU 100 個 1600 個 (16 倍 ) 計算時間 (1/3) CPUコスト 95 万円 470 万円 ライセンス料 1000 万円 1.6 億円 Cistr 100 個 1600 個 (16 倍 ) (1/16) 95 万円 95 万円

19 Cistr のシステム概要 19

20 ブラウザだけが必要な動作環境 広く使ってもらうために何が必要か? デバイスに依存しない OS に依存しない ライブラリに依存しない インストールもしない Cistr はブラウザのみで動くことを重要視 まず使ってみる をできるだけ簡単にしたい 並列計算してみる もできるだけ簡単にしたい 20

21 Cistr は 性能並列計算のサービス化 IoT (Internet of Things) モノのサービス化 常に最適なモノを使い続けてもらう というサービス システムの状況を把握して更に優れたシステムを開発する PBL (Performance Based Logistics) 稼働率や安定性 時間短縮などに対価を払うサービス 規模並列有限要素ソルバのサービス化 最適な並列計算を提供するサービス 21

22 システム概要 ( ハード ) ホストサーバ 計算機サーバ CPU GPU Memory HDD Xeon E v2 * 2 RADEON R GB 32 TB PC クラスタ スーパー コンピュータ IaaS サービス etc. 22

23 システム概要 ( ソフト ) ホストサーバ 計算機サーバ Web サーバ Cistr ホストプログラム ジョブスケジューラ モデル 解析管理 メッシャー パーティショナ リファイナ FrontISTR ビジュアライザ 23

24 般的な有限要素解析のフロー 形状データ CAD データ メッシュデータ 境界条件の付加 シミュレーション ( 有限要素解析 ) 計算結果の可視化 24

25 Cistr を いた解析フロー 解析モデルデータが 準備できている 解析開始 メッシュデータが 準備できている 境界条件の付加 形状データがある メッシュデータ作成 シミュレーション ( 有限要素解析 ) 計算結果の可視化 保存 ダウンロード 25

26 最新版 Cistr でできること 26

27 機能の概要 ブラウザ UI モデル登録 メッシュ作成 Adventure Ted mesh / Netgen 境界条件の付加 境界条件 / 節点荷重 / 分布荷重 / 体積荷重 有限要素解析 静解析 / 固有値解析 可視化 FrontISTR Res 形式 / MicroAVS Paraview UCD 形式 27

28 今後の開発予定 ブラウザ UI / WebGL 版 UI / パラメータスタディ モデル登録 / Abaqus ANSYS NASTRAN 読込 メッシュ作成 Adventure Ted mesh / Netgen 境界条件の付加 境界条件 / 節点荷重 / 分布荷重 / 体積荷重 / MPC 条件 / 熱荷重 有限要素解析 静解析 / 固有値解析 / 動解析 / 熱伝導解析 / 接触解析 可視化 FrontISTR Res 形式 / MicroAVS Paraview UCD 形式 出 形式の増強 / 可視化サーバーの利 28

29 Cistr を利 してみる 29

30 本 午後のスケジュール Cistr のハンズオン : 基礎編 基本的な操作 静解析 可視化 Cistr のハンズオン : 応 編 パラメータスタディ Paraview を いた可視化 30

31 参考 献 [1] CAD/CAM/CAE システム市場に関する調査結果, 野経済研究所, [2] FINAS/CFD, /11/6 inspected. [3] Abaqus Performance data, /10/18 inspected. 31

32 謝辞 本システムの開発にあたり 部科学省 性能汎 計算機 度利 事業 HPCI 戦略プログラム 分野 4 次世代ものづくり の補助を受け実施された REVOCAP_Prepost の開発における成果の 部を利 しております 32

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