Nutzung von Grid- Ressourcen mittels Virtualisierung

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1 Nutzung von Grid- Ressourcen mittels Virtualisierung Dr. Andreas Spille-Kohoff CFX Berlin Software GmbH November 2009

2 Inhalt CFX Berlin Software GmbH Plasma-Technologie-Grid Anforderungen an kommerzielle Lösungen Zusammenfassung und Ausblick Folie 2

3 CFX Berlin Software GmbH Übersicht gegründet 1997, aktuell 15 Mitarbeiter, Umsatz 2 Mio., Sitz in Berlin-Friedrichshain Strömungskompetenz aus einer Hand : Lösung von strömungs- und wärmetechnischen Fragestellungen Einsatz von numerischen, analytischen und experimentellen Methoden Geschäftsfelder: Vertrieb von ANSYS-Software Support, Beratung und Schulungen Dienstleistungen: Auslegung und Optimierung Forschung und Entwicklung ICEM CFD Folie 3

4 CFX Berlin Software GmbH ANSYS CFX-Simulationsumgebung Folie 4

5 CFX Berlin Software GmbH ANSYS CFX-Anwendungsbeispiele Luft- und Raumfahrt Automobil-Industrie Pumpen und Verdichter Marine Fügetechnik Kraftwerkstechnik Verfahrenstechnik Biomedizin Klimatechnik Gebäudetechnik Brandschutz 800 ANSYS CFX-Kunden in Deutschland! Folie 5

6 CFX Berlin Software GmbH Forschung & Entwicklung öffentlich geförderte Projekte (Auswahl) Optimierung eines ChopArc-Schweißprozesses , BMBF CFD-basierte Akustik , IBB Simulation galvanischer Beschichtung (AnSim) , BMBF Innovative Turbomaschinen für CO 2 -freie Kraftwerke, , IBB Plasma-Technologie-Grid (PT-Grid) , BMBF Industrie-Projekte z.b. Simulation von Verdrängermaschinen Master- und Diplomarbeiten TU Berlin, HTW Berlin, BTH Berlin Folie 6

7 Inhalt CFX Berlin Software GmbH Plasma-Technologie-Grid Anforderungen an kommerzielle Lösungen Zusammenfassung und Ausblick Folie 7

8 Plasma-Technologie-Grid Zahlen Ziel Kurzform Projektkoordination Grid-basiertes Online-Beratungswerkzeug zur Nutzung von Plasma-Modellen in der Industrie PT-Grid INP Greifswald Projektvolumen 1,87 Mio. Fördersumme 1,47 Mio. Förderquote 79 % Projektlaufzeit Plasmatechnische Modelle: 4 geförderte Partner 9 assoziierte Partner 10 Unterauftragnehmer 3 Interessenten / Industrie 5 Folie 8

9 Plasma-Technologie-Grid Geförderte Partner Teilprojekte: Simulation von Schweiß- und Schneidprozessen mit ANSYS CFX Magnetohydrodynamische 3D-Simulation eines Plasmabrenners zur Schichtabscheidung PIC-MC-Simulation von Niederdruck-Plasmaentladungen Selbstkonsistente kinetische Berechnung von Ionen- und Neutralteilchenverteilungsfunktionen hinter einer Plasmarandschicht Folie 9

10 Plasma-Technologie-Grid Organisationsstruktur Folie 10

11 Plasma-Technologie-Grid TP 1: Simulation von Schweiß- und Schneidprozessen Teilprojektleitung: Unterauftragnehmer: Assoziierte Partner: CFX Berlin Software GmbH Dr. Spille-Kohoff Philipps Universität Marburg, Fachbereich Mathematik und Informatik TU Dresden, Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH EWM HIGHTEC WELDING GmbH, Mündersbach Linde Gas, Unterschleißheim Folie 11

12 Plasma-Technologie-Grid Ist-Zustand für ANSYS CFX typische Anwendungsfälle: Rechenzeit: 1 Stunde bis 2 Wochen (nach oben keine Grenze) Arbeitsspeicher von 2 GB bis >100 GB Dateigrößen 1 MB bis >1 GB typische Ressourcen: Arbeitsplatzrechner bis Großrechner alle gängigen Betriebssysteme (Windows, Unix, Linux) parallelisiert auf 2 bis >100 Partitionen, auch auf heterogenen Systemen (statische Gebietsaufteilung, MPI, Master-Slave-Konzept) typische Kosten: Floating-Lizenz ab ,- je Jahr (modular + parallel) Prepaid- Lizenzen on Demand Folie 12

13 Plasma-Technologie-Grid Ziel: Kommerzielle Nutzung Probleme von KMUs bei komplexen Plasmasimulationen: fehlende Rechenkapazität (insbesondere kurzfristig) mangelndes Fachwissen 3-stufiges Verwertungsmodell: 1. Auslagerung einfacher Simulationen in Grid-Umgebungen lokales Preprocessing, Upload, Lösung, Download, lokales Postprocessing 2. Auslagerung komplexer Simulationen in Grid-Umgebungen Multiphysik, Parametervariationen, Optimierungen (teilweise inkl. Pre- und Postprocessing) mit Monitoring und Interaktion 3. Online-Beratungswerkzeug Erfassung der Aufgabenstellung, Grid-fähiges Plasmamodell, Infrastruktur (Daten, Lizenzen, Ressourcen), endnutzerfreundliche Steuerungsoberfläche, Schulung, Support, Dokumentation PT-Grid-Verwertungsorganisation Folie 13

14 Inhalt CFX Berlin Software GmbH Plasma-Technologie-Grid Anforderungen an kommerzielle Lösungen Zusammenfassung und Ausblick Folie 14

15 Kommerzielle Lösungen Anforderungen Kommerzielle Nutzung erfordert: Sicherheit der Simulationsdaten der Benutzer- und Benutzungsdaten Bedienfreundlichkeit von Zertifizierung, Authentifizierung, Billing von Installation und Vorbereitung von Submission, Datentransfer und Scheduling Zuverlässigkeit durch Scheduling (kurzfristige Ressourcen-Garantie) durch Service Level Agreement (Leistungen, Haftung) durch Planungssicherheit (langfristige Ressourcen-Garantie) Übertragbarkeit auf andere Anwendungen, andere Software, andere Ressourcen Nachhaltigkeit Leistungen des D-Grid bzw. des PT-Grid Folie 15

16 Kommerzielle Lösungen Lösung durch Virtualisierung Virtualisierung (statt nativer Installation) bietet höhere Sicherheit: Kapselung der Daten und Anwendung Nutzung sicherer Betriebssysteme in der VM Verwendung von Verschlüsselungsmechanismen in der VM Sicherheit weniger von Ressourcen-Providern abhängig erlaubt höhere Bedienfreundlichkeit: vorgefertigte VMs statt Neuinstallation Bedienoberfläche für VMs, nicht für jede Anwendung bietet bessere Übertragbarkeit: Portierbarkeit der VM auf andere Ressourcen Lösungen für die VM, nicht für die jeweilige Anwendung bietet bessere Nachhaltigkeit: Pflege der Virtualisierungssoftware wesentlich Folie 16

17 Kommerzielle Lösungen Virtualisierung an der Uni Marburg Folie 17

18 Kommerzielle Lösungen Portallösung Definition einfacher Parameter, z.b. für: Schnelligkeit: Kategorie +: hohe Geschwindigkeit Kategorie 0: mittlere Geschwindigkeit Kategorie -: keine Anforderung Zuverlässigkeit: Kategorie +: Start innerhalb von 24 Stunden Kategorie 0: Start innerhalb von 7 Tagen Kategorie -: keine Anforderung Sicherheit: Kategorie +: alles verschlüsselt Kategorie 0: normal sicher Kategorie -: keine Verschlüsselung Monitoring und Interaktion: Abbildungen Kategorie Preis Kategorie Technik in SLA Kategorie +: Statusmeldungen in Quasi-Echtzeit, Zugriff auf Berechnung Kategorie 0: jede Stunde eine Statusmeldung Kategorie -: nur bei Start und am Ende des Jobs eine Meldung Folie 18

19 Zusammenfassung und Ausblick Ziel des PT-Grid-Projekts: Grid-basierte Nutzung von Plasmamodellen in der Industrie 3-stufiges Verwertungsmodell (kommerzielle Nutzung!) Ziel von CFX Berlin im TP1: kommerzielle CFD-Software ANSYS CFX flexibel, sicher, zuverlässig, bedienfreundlich, übertragbar und nachhaltig für den Endanwender auf Grid-Ressourcen nutzbar machen Methoden: Virtualisierung Portallösung mit Kategorien Folie 19