专门用于 ANSYS 有限元的工作站电脑的硬件配置，该如何选择？ 第1页

发现各位答主只提到硬件参数，并不知道题主具体使用哪个学科的有限元求解器，但不同求解器对硬件的要求差异非常大，有要求高主频、大内存、高速硬盘的，有要求高核心数的，还有要求GPU显卡的。

对于不同的学科，应该针对性地配置工作站，以达到最佳的软硬件利用率，配置工作站之前，需要充分了解有限元软件对硬件的需求。

1、了解有限元软件的硬件需求

1.1 结构隐式仿真求解器

结构隐式仿真求解器，比如Abaqus implicit、ANSYS Workbench、OptiStruct、Nastran等，主要的工作量在求解刚度矩阵的逆矩阵，特别是非线性求解工况时，每个迭代步的刚度矩都在变化，需要不断求解逆矩阵；

求解逆矩阵通常要求大内存、高速读写的硬盘、高主频CPU，硬件需求对比图如下图所示；单机配置64Gb以上内存，1T固态硬盘，8核16线程CPU，勉强可满足100万网格以内的结构静强度以及NVH分析的硬件需求。

结构隐式求解器一般到20个核就没有明显的加速比了，因此对CPU核数要求不高。

1.2 结构显式仿真求解器

结构显式求解器，如LS-DYNA、Radioss、Abaqus explicit、PAM-CRASH，使用中心差分法等显式算法，不需要求解逆矩阵，主要迭代计算，多核并行效率很高，因此要求高CPU核数，若多机并行，则要求多台计算机之间有很高的网络带宽，用于求解过程中的数据交互；

相比结构隐式求解器而言，对CPU单核的主频、内存和硬盘读写速度要求不高，硬件需求对比如下图所示。如果工作站主要用于显式求解，那么配置高速硬盘和大内存就会存在硬件浪费的情况。

1.3 流体仿真求解器

流体仿真软件多使用有限体积法、粒子法以及有限单元法，比如Fluent、Star-CCM+、PowerFLOW、nanoFluidX和ultraFluidX，要求高CPU核数和高速网络用于多台工作站之间的数据传输，对于内存硬盘要求一般；

近些年部分流体仿真软件支持GPU求解，甚至只支持GPU不支持CPU，因此还会要求强大的GPU显卡，比如NVIDIA的Tesla系列显卡；但并非所有显卡都可用于仿真计算，比如NVIDIA的Geforce系列多用于游戏领域，Leadtek系列多用于绘图和渲染，不支持有限元计算。

1.4 电磁仿真求解器

电磁场仿真软件，比如HFSS、Maxwell、CST和Feko，对CPU、内存、存储、GPU和高速网络要求都比较高，因此要配置一台高适合电磁场仿真的工作站，价格会显著高于结构和流体仿真。电磁场仿真求解器硬件需求如下所示。

1.5 前后处理软件

除了求解器以外，前后处理软件对硬件性能也有特定的要求，其实CAE工程师大部分时间都花在了前后处理上，因此一台合适性能的电脑将有助于提升整体效率。

前后处理软件，比如HyperMesh和ANSA，主要用于网格划分、材料属性定义、边界条件设置，要求较强的图形渲染能力、一般性能的内存和硬盘即可；前后处理软件一般并行能力较弱，因此对CPU核数和主频没啥要求；不涉及多机并行，单机即可完成前后处理工作，因此不需要高速网络。

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2、如何确定具体的硬件需求？

了解了不同学科仿真软件对硬件的大概需求后，其实还是没办法确定具体的硬件指标，下面提供几种方法可以大概确定CPU核数、内存和硬盘大小等参数。

2.1 如何确定CPU核心数？

结构静强度、NVH和碰撞仿真分析中，可大概根据网格数量来确定CPU核数；最低要求为每10万个网格使用1个核，核以数多的情况下每1万网格不能多于1个核。多核并行有数据交互的成本，如果模型小，核数太多，数据交互量相对大了，计算效率可能反而不高。

流体、电磁仿真不太了解，无法给出具体建议。

2.2 如何确定硬盘和内存大小？

有限元求解器计算时会生成很多个结果文件，其中一些文本文件中会写出求解所需要的硬盘内存大小，比如结构隐式求解器OptiStruct的out文件中会写出模型节点、网格和自由度数量，预计需要的内存大小，以及预计需要的硬盘容量。

模型规格：

         Total # of Grids (Structural)        :    314239   Total # of Elements                  :    235903   Total # of Rigid Elements            :         2   Total # of Rigid Element Constraints :        69   Total # of Degrees of Freedom        :    942792   (Structural)   Total # of Non-zero Stiffness Terms   for this Local Domain                :   8785698     

不同求解模式下的内存需求：

        Memory (RAM) Allocated in Preprocessor                  :     898 MB  Estimated Memory (RAM) for Out of Core Solution         :    1927 MB  Estimated Memory (RAM) for In-Core Solution             :    3088 MB  Maximum Estimated Memory (RAM) for Any Single Host   for Out of Core Solution                                :    6739 MB  Maximum Estimated Memory (RAM) for Any Single Host   for In-Core Solution                                    :   11490 MB     

不同求解模式下的硬盘需求：

        Estimated Disk Space for Output Data Files              :    1448 MB  Estimated Scratch Disk Space for In-Core Solution       :     465 MB  Estimated Scratch Disk Space for Out of Core Solution   :    1604 MB  Maximum Estimated Scratch Disk Space for Any Single Host  for In-Core Solution                                    :    1401 MB  Maximum Estimated Scratch Disk Space for Any Single Host  for Out of Core Solution                                :    5853 MB     

可以根据目前的最大模型做一些测试，查看其所需要的内存和硬盘大小。

模型在求解过程中，可通过任务管理器查看CPU、内存、硬盘等的使用率，若硬盘读写速率已达到最高速度，但CPU和内存使用率较低，则说明硬盘读写速度是制约计算效率的短板，更换为固态硬盘会显著提升计算效率。

部分有限元仿真软件会在帮助文档中说明软件对CPU、硬盘、内存、显卡等硬件的要求，可能还会推荐具体的硬件型号，建议读者仔细阅读帮助文档，或许能找到硬件推荐参数。

3、根据预算选配工作站

根据前面的说明，可大体确定硬件参数需求，最后一步就是根据预算来选择具体的机型，丰俭由人。工作站价格从几千块到几万块都有，学生党建议1万以内，课题组建议2万起步。

可以购买品牌机，也可以自己DIY，笔者不是计算机硬件爱好者，无法推荐具体型号。

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