案例簡介

本案例中魯班系統高性能 CAE 軟件利用 NVIDIA 高性能 GPU，實現復雜產品的快速仿真，加速產品開發和設計迭代，縮短開發周期，提升產品競爭力。

本案例主要應用到NVIDIA CUDA技術。

魯班系統高性能 CAE 軟件

落地場景

CAE 仿真在現代制造業中廣泛應用，在汽車、船舶、電子等行業是產品研發的核心工具軟件。CAE 仿真軟件的價值在于用虛擬實驗替代真實測試，從而加速研發進程并降低成本。CAE 軟件本身的計算速度是 CAE 行業最關鍵的要素，決定了企業的研發效率，從而影響了企業的產品競爭力。

近十余年的時間，高性能計算的硬件在算力方面獲得了飛速的發展，同期在 CAE 力學仿真計算中，軟件的計算效率卻只獲得了有限的提升。CAE 計算效率的停滯成為企業研發能力快速提升的制約因素。

魯班系統開發了基于 GPU 的超高性能的 CAE 軟件，解決了高科技、電子、汽車、機械等行業 CAE 仿真中的效率挑戰。魯班系統科技創新性地提出了雙異構物理仿真并行計算框架，充分發揮 GPU 與 CPU 在高性能計算過程中各自的優勢。通過利用 GPU 卓越的計算能力和帶寬，在復雜物理場景中（如汽車碰撞仿真和電子產品跌落測試）首次實現了相較于原來 50 至 100 倍以上的計算加速。這顯著縮短了產品研發設計迭代周期，縮短產品上市時間，提升了制造業企業的商業收益。

在產品仿真方面

面臨的挑戰

隨著先進制造業研發技術的發展和計算機輔助工程（CAE）的廣泛應用，企業在產品仿真方面面臨諸多挑戰。目前大多數 CAE 軟件主要依賴 CPU 計算，導致性能較低。為了滿足企業大量的 CAE 計算需求，企業往往需要購買大量高性能計算服務器。例如，消費電子企業通常需要投入數以億計的成本購買 CPU 服務器進行 CAE 仿真計算。但在此種情況下，一個產品設計方案 CAE 分析過程仍然需要經過數十小時的時間。CAE 仿真計算效率成為產品研發迭代的主要瓶頸環節。

為應對這些挑戰，必須通過硬件加速、并行計算等技術賦能整個 CAE 軟件行業。特別是利用最新的 GPU 加速技術至關重要，以緩解 CPU 計算能力不足的問題。通過建立 CPU+GPU 異構計算環境，制造業企業可以顯著提高仿真效率，減少所需服務器數量，降低時間成本。當前階段，在例如力學仿真等主要的 CAE 軟件行業市場鮮少有通用的基于 GPU 實現大幅加速的仿真軟件。

使用NVIDIA CUDA 技術解決方案

針對當前 CAE 仿真面臨的挑戰，魯班系統科技積極采用 NVIDIA CUDA 技術對 CAE 仿真計算進行加速，通過引入最新的 GPU 硬件技術，顯著提高了 CAE 仿真計算效率。這一技術進步不僅大幅提升了仿真計算速度，還極大地優化了系統級產品設計和仿真迭代的效率。借助 GPU 的強大計算能力，魯班系統能夠在大規模復雜仿真場景中實現前所未有的性能提升，使得企業能夠在產品研發的早期階段進行更多輪次的虛擬仿真驗證，加快設計優化的進程，從而減少產品上市時間，提升市場競爭力。

在底層求解器方面，魯班系統科技提出了雙異構物理仿真并行計算框架，這一創新性架構充分發揮了 GPU 和 CPU 各自的優勢。具體來說，GPU 以其卓越的并行計算能力和高帶寬內存，在處理復雜計算任務時能夠顯著提高計算速度，而 CPU 則在執行邏輯性較強的任務時表現出其獨特的優勢。通過合理分配任務，魯班系統能夠充分利用兩者的優勢，實現高效的計算任務分配和并行處理，從而在高度復雜的物理仿真場景中實現 50 到 100 倍的計算加速。這一突破性的進展，使得許多以前需要數天或數周才能完成的仿真任務，能夠在幾小時內完成，極大縮短了仿真分析的時間。

以數千萬網格規模的大型力學仿真計算為例，傳統的仿真方法往往需要長時間的計算和分析，且難以在短時間內迭代優化。而通過魯班系統科技采用的 GPU 加速方案，原本需要一周時間完成的仿真任務，現在僅需幾個小時即可完成，這使得企業在產品設計和研發階段能夠更頻繁地進行仿真驗證。借助魯班系統的超高速仿真計算能力，客戶能夠快速識別產品設計中的潛在風險和缺陷，及時調整設計方案，確保產品在上市前達到最佳性能。這樣的仿真加速不僅優化了產品設計的準確性，還縮短了仿真迭代周期，顯著提高了產品的研發效率和市場響應速度。

基于 NVIDIA CUDA

技術的使用效果與影響

魯班系統通過結合最新的 GPU 加速技術，突破了傳統 CAE 仿真計算的瓶頸，顯著提升了企業的研發效率。通過基于 NVIDIA 高性能 GPU 的強大并行計算能力，魯班系統能夠大幅加速仿真任務的計算速度。此外， GPU 加速使得設計優化和虛擬驗證更加高效，企業能夠在更短時間內完成多輪設計迭代，及時識別潛在風險和缺陷。這樣的效率提升不僅縮短了產品從設計到上市的周期，還降低了研發成本，幫助企業更快響應市場需求，增強了市場競爭力。

“以智能手機產品的研發為例，現在高端制造業產品研發的特點是研發活動密集、開發周期短、產品競爭力要求高且設計可繼承性差。研發的質量和效率一直是先進制造業企業競爭力和商業成功的關鍵因素。仿真技術的應用在提升消費電子企業研發能力方面起著至關重要的作用。仿真軟件的計算效率在消費電子產品設計迭代中具有決定性作用。魯班系統應用基于 GPU 計算的高性能仿真計算技術，顯著提升了系統級仿真的效率，從而提高了產品研發效率。基于 GPU 的高性能求解技術的成熟應用將改變消費電子行業的產品開發模式，實現更高效的仿真能力，提升消費電子產品的競爭力和企業盈利能力。”魯班系統科技 CEO 常金濤表示。

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