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数字化时代的未来:数字孪生强势来袭---实现数字孪生应用的HPC服务器
Aug 11.2023

联网和人工智能的迅猛发展带来了前所未有的商业机遇,全世界各行各业都在进行数字化转型,而数字孪生则成为了这个时代的一颗璀璨明珠。在这个充满活力的新领域中,人工智能与物联网的完美结合,为企业带来了无尽的可能性。


行业术语解析——什么是数字孪生

数字孪生,英文名叫Digital Twin(数字双胞胎),也被称为数字映射、数字镜像。从官方定义来说,数字孪生,是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
通俗点说,数字孪生就是在一个设备或系统的基础上,创造一个数字版的“克隆体”。这个“克隆体”,也被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上,是虚拟的,但也不是简单的虚拟。数字孪生体最大的特点在于:它是对实体对象(姑且就称为“本体”吧)的动态仿真。也就是说,数字孪生体是会“动”的。而且,数字孪生体不是随便乱“动”。它“动”的依据,来自本体的物理设计模型,还有本体上面传感器反馈的数据,以及本体运行的历史数据。
除了“会动”之外,理解数字孪生还需要记住三个关键词,分别是“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”


如何实现数字孪生

实现数字孪生需要三个核心要素:

核心1:传感器

物理实体内置传感器,没有传感器,无法获取数据,无法了解物理实体,真实运行状况和可能出现问题,物理实体不是一个设计模型,物理实体必须有内置传感器,否则无法采集数据。

核心2:高性能计算机+算法

数字孪生不是简单的物理实体的3D模型/设计模型,而是通过获取关键数据,通过算法,建立大量内在逻辑关系的数字模型,通过建模和算法了解物理实体真实运行状态,通过模拟计算结果,监督和控制物理实体状态。而无论是算法还是模拟都需要高性能计算机的加持。

核心3:实时性+时间要求

数字孪生的仿真模拟计算对时间具体要求取决于具体的应用场景和需要达到的精度。在数字孪生中,时间通常被划分为离散的时间步长,每个时间步长代表一个瞬间或一个时间间隔。根据应用的需要,时间步长的大小可以不同,通常是毫秒或秒级别。对于一些需要高精度模拟的场景,例如飞行模拟、医学仿真等,时间的精度要求较高,通常需要使用微秒或甚至纳秒级别的时间步长进行仿真模拟计算。而对于一些工业应用场景,例如机械加工、生产线优化等,时间的精度要求相对较低,通常可以使用秒级别的时间步长进行仿真模拟计算。


由此可见,数字孪生通常需要使用高性能计算(HPC)硬件设备来实现。这些设备通常具有以下特点:


1)大规模并行处理能力(数学建模):数字孪生通常需要处理大量的数据,并进行高强度的计算,因此需要使用具有大规模并行处理能力的计算机。这些计算机通常采用多核、多节点的架构,可以同时进行多个计算任务,从而提高计算效率。

2)超高分图形/图像可视化(几何建模):数字孪生通常需要进行大量的图像处理、数据可视化等操作,因此需要使用高性能显卡。这些显卡通常具有高速的计算能力和大容量的显存,可以加速数字孪生的图像处理和可视化等操作。


3)高性能存储:数字孪生通常需要处理大量的数据,因此需要使用高性能存储设备,如固态硬盘(SSD)或者高速磁盘阵列。这些设备可以提供高速的数据读写速度,从而加快数字孪生的计算速度。


4)高速网络:HPC硬件通常配备了高速网络,如InfiniBand或者Omni-Path等。这些网络可以提供高达100Gbps的带宽和低延迟,从而能够满足数字孪生对于网络性能的要求。



倍联德能为您做什么?

深圳市倍联德实业有限公司(以下简称“倍联德”)成立于2015年,是一家专业从事AI服务器、边缘计算、全液冷工作站研发和生产的国家级高新技术企业。依托创始团队20余年的行业经验以及强大的科研背景,公司同时也致力于为不同行业提供定制化解决方案和高效完善的增值服务。

自成立以来,倍联德一直践行“自主研发,中国智造”的战略方针,以差异化定制和软硬一体化服务为核心业务,聚焦于高性能计算(HPC)、工业自动化、边缘计算、智能医疗、全液冷工作站以及数据存储管理,产品广泛应用于政府机关、互联网、教育、科研机构、金融、医疗、广电、交通、工业制造等多个领域。


对于数字孪生,按照不同的应用场景和需求需要不同功能服务器配置,我们为您提供以下常用的服务器和硬件配置:




一、边缘服务器

数字孪生使用的边缘服务器是用于处理数据、分析数据和生成模拟数据的。其主要功能包括数据采集、数据存储、数据分析和模拟计算等。边缘服务器通常需要具备高性能、低延迟和低能耗等特点,以满足数字孪生的实时性、可靠性和灵活性要求。


机型 BLD E630-S2NT

硬件配置:边缘服务器需要配备高性能的处理器、内存和存储设备,以及高速网络接口和安全防护机制等。
例如采用英特尔Xeon或AMD EPYC等高性能处理器,内存配置可达128GB或以上,存储设备可采用固态硬盘(SSD)或NVMe等高速存储技术,网络接口支持千兆以太网或更高速度。
关于算法:数字孪生需要进行大规模数据分析、建模和仿真计算等,需要采用一系列算法和技术。
例如深度学习、机器学习、人工智能、大数据分析、数值计算和可视化等方面的算法和技术。
应用软件:数字孪生使用的边缘服务器通常运行着多种软件,以实现不同的功能和应用场景。

例如常见的软件包括:操作系统如Linux或Windows Server;数据库如MySQL或PostgreSQL;数据分析软件如Python、R或MATLAB;仿真软件如ANSYS或COMSOL;可视化软件如Unity或Unreal Engine。


二、存储服务器



机型 BLD S800-S3

数据存储:数字孪生需要处理大量的数据,存储服务器可以提供高速、高容量的数据存储和管理能力,支持数据备份、恢复、迁移等操作。

数据管理:存储服务器需要支持多种数据管理技术,如RAID、SAN、NAS等,以提高数据传输效率和可靠性。

软件支持:存储服务器需要支持数字孪生所使用的各种软件和工具,如数据库管理软件、数据处理工具等

配备双路Xeon+高速缓存+多通道并行存储,高带宽(IO带宽,网络带宽)、多通道,均衡无延迟,满足多路并发读写

三、通用计算服务器



机型 BLD R500-S3

高性能计算:通用计算服务器具有强大的计算能力,

1)可以支持大型数据集和复杂的应用程序。

2)仿真计算:数字孪生的核心是基于大规模计算的仿真技术,仿真计算服务器可以实现复杂的多物理场、多学科领域的仿真计算任务,如流体力学仿真、结构力学仿真、热仿真等。

3)软件支持:数字孪生需要使用各种专业的仿真软件和工具,仿真计算服务器可以支持多种仿真软件和工具,如ANSYS、COMSOL Multiphysics、OpenFOAM等。

可扩展性:通用计算服务器可以扩展到多个节点和集群,以支持更大规模的计算。

灵活性:通用计算服务器可以在多种计算环境中运行,并支持多种操作系统和开发环境

支持多种问题的同步计算分析,支持大规模、超大规模的仿真模拟计算为实时仿真计算对硬件配置更高需求,提供并行计算和分布式计算技术,如MPI和OpenMP。

四、超频服务器



机型 BLD G804P-S2

运算加速:超频计算服务器采用超频技术,可以大幅提高计算速度和处理能力,加速数字孪生相关的复杂计算任务。

高性能计算:超频计算服务器配备高性能的CPU、GPU等计算设备,能够支持高性能计算任务,如大规模的并行计算、深度学习等

体现在其高速、高效、高并行的计算能力上,能够支持数字孪生相关的复杂计算任务,如大规模的模拟仿真或建模、深度学习等


五、AI服务器


机型 BLD G808P-A3

高性能AI计算:数字孪生的AI计算服务器具有强大的AI计算能力,可以支持大规模的深度学习训练和推理工作负载。

分布式训练:数字孪生的AI计算服务器支持分布式训练,可以将训练任务分配给多个计算节点,以加快训练速度。

低延迟推理:数字孪生的AI计算服务器支持低延迟推理,可以在实时应用程序中提供快速的预测结果。

自动化管理:数字孪生的AI计算服务器通常配备自动化管理功能,可以监视和管理机器学习模型的生命周期,包括训练、部署和更新

配备大容量GPU或多GPU架构,提供训练或推理算力强大的硬件架构,以及工程物理仿真,分子动力模拟等计算


六、液冷工作站



机型 BLD Z504-S3

液冷工作站主要是呈现数字孪生模型的3D可视化效果,以实现更直观的数据分析和交互体验。同时,它还支持动画和交互式操作,以更好地展示数字孪生模型的各个方面。

高性能图形处理器:数字孪生的3D可视化液冷工作站通常配置有高性能的图形处理器(GPU),如NVIDIA Quadro或AMD Radeon Pro,以支持复杂的3D可视化场景和图形渲染任务。

存储:数字孪生的3D可视化液冷工作站通常具有大量的内存和高速存储容量,以支持大型3D模型和高分辨率纹理贴图。

网络:数字孪生的3D可视化液冷工作站通常配备高速网络接口,以实现快速数据传输和通信,并支持多用户同时访问。

虚拟化:数字孪生的3D可视化液冷工作站通常支持虚拟化技术,以提供更高的资源利用率和更灵活的部署选项

实时生成超高分辨率复杂3D模型能力,呈现高质量的3D图形场景,支持各种复杂的渲染技术和特效。多程序或多任务并发计算需求,支持多用户并发访问和交互数字孪生模型的功能