Оптимальная конфигурация компьютера для ПК ЛИРА-САПР

Теги: #ЛИРА-САПР #процессор

Рекомендации по выбору оптимальной конфигурации компьютера для программного комплекса «ЛИРА-САПР» по соотношению цена/качество. Актуальность на декабрь 2022

Процессор и системная плата

Решатели всех современных инженерных расчетных программ поддерживают многопоточность, но из за особенностей решаемых задач, лучше масштабируются по увеличению тактовой частоты и производительности процессорных ядер, чем по увеличению числа ядер/потоков.

Расчетный процессор ПК «ЛИРА-САПР» не исключение. Он тоже лучше отвечает на увеличение производительности ядер, чем на увеличение их числа. Полная загрузка всех ядер/потоков достигается только на некоторых этапах расчета. Например при разложении матрицы жесткостей, вычислении РСУ/РСН, подборе армирования.

Из этого следует, что для ПК «ЛИРА-САПР» лучше подходит «настольная» (desktop) платформа и процессоры «настольных» серий. Использование для расчетов на ПК «ЛИРА-САПР» рабочих станций и серверов на процессорах Xeon нецелесообразно. Эти процессоры оптимизированы для других задач. При большом количестве ядер/потоков, они имеют относительно невысокие частоты. На таких процессорах расчет идет медленнее, чем на процессорах «настольных» серий.

Бюджетный компьютер для расчета небольших задач

Для комфортной работы при решении несложных задач можно рекомендовать любые современные процессоры с относительно высокой частотой.

Для платформы AMD это 4-х и 6-ти ядерные процессоры RYZEN 3 или RYZEN 5 5000 серии. Для таких процессоров подойдет практически любая системная плата с разъемом AM4.

Для платформы Intel это могут быть 4-х ядерные процессоры Core i3 10х — 12х. Этот имеет встроенное графическое ядро, но его производительности при работе с 3D графикой будет недостаточно. Для такого процессора подойдет практически любая системная плата с разъемом LGA 1200/1700.

Производительный компьютер для расчета больших задач

Для расчета больших задач предпочтительными будут процессоры старших семейств. В последнее время, производители процессоров увеличили в старших процессорах настольных серий количество ядер до 10-16. Эти процессоры имеют также и высокие рабочие частоты. Для достижения наибольшей производительности следует ориентироваться на них. Также, использование таких процессоров может увеличить общую производительность системы под нагрузкой.

Для платформы AMD это будут старшие процессоры семейства RYZEN 7000Х, например RYZEN 7 7700Х и соответствующая системная плата с разъемом АМ5. Можно использовать процессоры RYZEN 9, но следует помнить, что скорость расчета не растет линейно с увеличением количества ядер, а при их количестве больше 16 прироста может не быть вообще.

Для платформы Intel это процессоры Core i7 / i9, например Core i7-10700K / i9-10900К или i7-12700/13700K (об особенностях этих процессоров ниже). Для таких процессоров потребуется системная плата с разъемом LGA 1200/1700 с достаточно мощной системой питания процессора.

Будьте внимательны: современные процессоры старших серий, с числом ядер 8 и более, отличаются высоким потреблением энергии и тепловыделением. Для таких процессоров приходится выбирать системные платы с мощными 9 и более канальными системами питания процессора. Можно использовать платы игровых серий, так как в них производители уделяют большое внимание системе питания процессора.
Систему охлаждения для процессоров старших серий тоже нужно подбирать из наиболее производительных, с рассеиваемой мощностью от 180 Вт. Для процессоров Ryzen 9 и Core i9 может быть оправдано использование жидкостных систем охлаждения, так как они потребляют в пике до 240 Вт и воздушная система охлаждения может не справиться с таким количеством тепла.

Гибридные процессоры Intel 12-13 серий, Windows 10 и ЛИРА-САПР

В настоящее время на рынке присутствует 12 и 13 серия процессоров Intel с гибридной архитектурой. Смысл ее в том, что процессор имеет высокопроизводительные (большие) ядра, а также "энергоэффективные" (малые) ядра с производительностью в разы меньшей, чем у больших ядер. Это сделано для ограничения общего энергопотребления процессора, при увеличении числа ядер. Во всех процессорах Intel i7 - i9 этих серий больших ядер всегда 8, а количество малых меняется от 4 до 16. Малые ядра примерно в 5 раз слабее больших.

При использовании Windows 10, планировщик операционной системы отдает ресурсы больших ядер только активному приложению. Если приложение сделать неактивным (свернуть окно приложения и заняться чем-то другим), то приложение будет переведено на малые ядра, что приведет к падению скорости расчета в несколько раз. Например, наша тестовая задача на i7-12700K (8 больших, 4 малых ядра) считалась в активном режиме 10 минут, а в неактивном 85 минут!

Расчет на i7-12700 в активном режиме

Расчет на i7-12700 в неактивном режиме

Таким образом рекомендация по платформе Intel выглядит так:

Нет смысла покупать процессор i9 12-13 серии, там все равно только 8 больших ядер. Рациональным выбором будет i7 12700/13700K.
Можно не использовать дорогую память DDR5, а выбрать плату с поддержкой DDR4, на скорость расчета это практически не повлияет
Использовать Windows 11 (там эта проблема решена) или не делать ничего на компьютере во время расчета или отключить малые ядра в настройках BIOS/UEFI.

Отключение малых ядер в i7-12700

Память

Объем памяти зависит от задач и приложений, которые вы будете использовать. На некоторых этапах расчета, например разложении матрицы жесткостей, или некоторых вариантах итерационного расчета, большой объем памяти может дать выигрыш в скорости.

Для работы ПК ЛИРА-САПР и САПФИР минимальным рекомендуемым объемом будет 16 ГБ. Если вы собираетесь считать большие схемы или планируете использовать программы трехмерного моделирования и более тяжелые CAD/CAM/CAE системы, то рекомендуемый объем памяти будет от 32 до 64GB.

Дисковая система

Скорость работы в ПК «ЛИРА-САПР» также зависит от производительности дисковой системы. Во время расчета достаточно сложных схем, особенно при использовании итерационных методов решения, происходит интенсивное обращение к диску. Большие объемы данных пишутся в рабочие каталоги программы DATA (файлы исходных данных) и WORK (результаты расчета, временные файлы расчета).

Здесь значительно увеличить скорость работы помогут твердотельные диски (SSD). В последнее время они стали де-факто стандартом для высокопроизводительных систем. Увеличение скорости расчета при этом может составлять от 30% до 2-х и более раз, в зависимости от задачи.

К выбору твердотельного накопителя нужно подходить с осторожностью. Так, например, многие накопители в форм-факторе М-2 склонны к перегреву, если размещаются в местах с плохой циркуляцией воздуха. Накопители бюджетных серий, особенно QLC, могут под большой нагрузкой снижать скорость записи до нуля, что может приводить к проблемам при расчете больших схем. Рекомендуется использовать SSD профессиональных серий.

Следует помнить, что в каталоге WORK со временем накапливается большой объем данных. Это происходит потому, что обычно расчетчики в процессе работы создают несколько версий файлов моделей и для этих версий сохраняются файлы автосохранения и результаты расчетов. За этим нужно следить и не допускать заполнения SSD неиспользуемыми данными. Заполнение SSD более чем на 50-60% значительно повышает их износ из за особенностей технологии, а также может привести к значительному падению скорости записи.

Видеосистема

Для комфортной работы в ПК «ЛИРА-САПР» и САПФИР, достаточно любой современной видеокарты нижне-среднего ценового диапазона например GeForce GT 1030 с 2ГБ памяти. Использование мощных игровых видеокарт нецелесообразно.

Встроенное видео APU AMD обладает достаточной производительностью. Процессоры Intel имеют встроенное видеоядро Intel HD 5xx/6xx, производительности которого не хватает для комфортной работы. Если вы выбираете компьютер с процессором Intel, то дискретная видеокарта необходима.

Корпус, блок питания

Рекомендуется использовать качественные корпуса и блоки питания. Корпус с плохой вентиляцией может привести к перегреву, а некачественный блок питания довольно часто приводит к сбоям, особенно при длительной работе. По нашему опыту, существенным плюсом является наличие противопылевых фильтров в корпусе.

Из популярных производителей корпусов можно порекомендовать Fractal Design. Они отличаются строгим дизайном и качественным исполнением при умеренной цене. Также эта компания выпускает системы жидкостного охлаждения и блоки питания.

Из производителей блоков питания наиболее надежными считаются Seasonic. Также достаточно качественные блоки делают Be Quiet, Fractal Design. Из недорогих можно порекомендовать Thermaltake, Aerocool. Мощность блока питания для длительной работы следует подбирать с некоторым запасом. Обычно для расчетной станции хватает блоков питания мощностью 500-600 Вт

Ноутбук для расчетов

Ноутбуки заведомо менее производительны, чем сопоставимые настольные системы, но если есть необходимость использовать для расчетов ноутбук, то оптимальным выбором будет процессор RYZEN 5/7 5000 серии. Эти процессоры обладают хорошей производительностью и встроенным видеоядром, достаточным для комфортной работы в ЛИРА-САПР и САПФИР.

Напомню, что если вы выбираете ноутбук с процессором Intel, то для комфортной работы необходимо дискретное видео AMD или NVidia

Ноутбуки редко оснащаются большим количеством оперативной памяти, поэтому при покупке ноутбука нужно подумать об увеличении объема памяти. Некоторые современные ноутбуки имеют только 1 слот для установки модуля памяти.

Также не рекомендуем для работы с CAD системами ноутбуки с экранами высокого разрешения (4К, HiDPI). Такие экраны могут быть полезны при работе с фото или видео, но интерфейсы CAD систем, в том числе ЛИРА-САПР будут отображаться неоптимально. Рекомендуемое разрешение экрана — FullHD (1920х1080)

Рабочие станции HP, Dell, Lenovo

Производители ПК предлагают готовые или заказные конфигурации рабочих станций. Для многих организаций это единственный вариант закупок. У них есть некоторые особенности, которые состоят в том, что эти рабочие станции не оптимизированы для МКЭ расчетов.

Во первых, рабочие станции на процессорах Core i7/i9 редко оснащаются достаточным количеством памяти. Обычно в них установлено 16 Гб памяти, что может быть мало для серьезных расчетов. 32 Гб памяти устанавливается в станции с процессорами Xeon, но их использование неоптимально из за меньшей скорости МКЭ расчетов, как говорилось выше.

Во вторых, рабочие станции с процессорами Core и 32 ГБ памяти либо не комплектуются дискретными видеоадаптерами вообще (а мы помним, что видео Intel имеет недостаточную производительность), либо в них устанавливаются старшие Quadro RTX с избыточной для наших задач производительностью.

В третьих, в такие машины обычно устанавливают SSD объемом 256-512 ГБ и без HDD большей емкости, что может быть мало при интенсивном использовании в качестве рабочего места расчетчика. Наличие HDD объемом 2 ТБ позволяет хранить на нем архивы задач с результатами расчетов, чтобы освободить место на SSD.

Таким образом, готовых оптимальных рабочих станций для МКЭ расчета от производителей ПК первого эшелона практически нет. Выходом будет покупка заказных конфигураций примерно следующего состава:

Dell OptiPlex / Lenovo ThinkStation / HP Z2 с процессором Core i9 или i7
512 ГБ / 1 Тб SSD. 1-2 ТБ HDD, если не предполагается хранение архивов в сети.
NVidia Quadro P1000
32 ГБ ОЗУ