Container für cloud-basierte CAE-Lösungen

Als CAE- und HPC-On-Demand-Spezialist legt die Potsdamer CPU 24/7 GmbH Augenmerk auf Weiterentwicklung und Optimierung aller notwendigen Komponenten zur schnellen und flexiblen Bereitstellung sicherer und hochperformanter Rechenleistung. Dabei entwickeln die Ingenieure und Informatiker eigene Ideen und verfolgen zudem zukunftsfähige Neuerscheinungen und vielversprechende Trends. Eines der meist diskutierten Themen im HPC-Umfeld ist in diesem Jahr die Container-Technologie/Containerisierung. Marktführer bei Linux-Containern ist die Firma Docker, Inc. mit ihrer gleichnamigen Open-Source-Software.

Richard Metzler, Software Engineer bei CPU 24/7, hält viel von Docker – auch im Hinblick des Kerngeschäfts der CPU 24/7, die bedarfsorientierte Bereitstellung von High-Performance-Computing-Ressourcen für Anwendungen des CAE: „Wir sind überzeugt, dass die Containerisierung für den Bedarf unserer Kunden durchaus zukunftsfähig ist und durchlaufen derzeit unterschiedliche Tests für verschiedene Anwendungen mit dieser Technologie. Unter anderem testen wir Prototypen unserer CAE as a Service-Lösung in sehr effektiver Zusammenarbeit mit UberCloud und einigen ausgewählten Unternehmen in den mittlerweile etablierten UberCloud Case Studies.“

Anwendung: KRISO-Containerschiff in der Cloud

Wolfgang Gentzsch, Präsident und Mitbegründer der UberCloud: „Wir haben mit UberCloud eine Online-Plattform geschaffen, auf der Ingenieure und Wissenschaftler, gemeinsam mit Unternehmen Computing Power on-demand entdecken, ausprobieren und kaufen können. Hier werden HPC-Lösungen für unterschiedlichste Anwendungsprobleme des CAE untersucht, im Forum diskutiert, Hürden identifiziert und Lösungen via Crowd-Sourcing gefunden. Technologische Entwicklungen und Neuerungen wie z.B. die Container-Technologie fließen direkt in unsere Case Studies, wie in Team 181 geschehen, mit ein.“

Gegenstand des Experimentes war diesmal die Berechnung des Strömungswiderstandes des KRISO-Containerschiffs (KCS) in der Cloud. Diese Standardrumpfform wird häufig als Referenzfall für Computational Fluid Dynamics in der Marineindustrie eingesetzt.

Ziel dieses Projektes war es, sich mit der Docker-Technologie in Verbindung mit der NUMECA FINE/Marine-Software 4.0 in einem UberCloud-Container vertraut zu machen und die Leistung der verfügbaren Hardware im Vergleich zu den vom Endbenutzer derzeit genutzten Ressourcen zu bewerten. Der Benchmark-Fall wurde mit der lokalen Hardware, auf virtuellen Instanzen in der Cloud und auf der Bare-Metal-Cloud-Lösung von CPU 24/7 und UberCloud analysiert. Getestet wurde zudem die Remote-Visualisierung der NUMECA Software im Browser.

Bare-Metal-Cloud-Ressourcen vor virtuellen Instanzen vor lokalen Maschinen

Die Benchmark-Ergebnisse zeigen einen signifikanten Geschwindigkeitszuwachs der von CPU 24/7 auf Bare-Metal-Basis bereitgestellten Prozessoren (Intel Xeon E5-2690 v3) im UberCloud-Container gegenüber der lokalen Hardware und gegenüber virtuellen Cloud-Instanzen. Justin M. Morgan von Glosten, Inc. zu den Ergebnissen: „Wir hatten weder Schwierigkeiten bezüglich des Up-und Downloads in und aus dem FINE/Marine-Container noch mit der Simulation selbst. Die Remote-Desktop-Benutzerschnittstelle reagierte ohne nennenswerte Verzögerungen. Die Browser-basierte Benutzeroberfläche ist einfach, robust und reaktionsschnell. Das Einloggen in das System ist einfach und die Software im UberCloud-Container ist vorinstalliert und läuft ganz ohne Benutzer-Setup. Anwender erhalten on-demand einen Zugang und können die Hard- und Software prompt nutzen.“ Das Experiment hat gezeigt, dass die CPU 24/7 HPC Bare-Metal-Cloud-Lösung Performance-Vorteile für Numeca FINE/Marine-Anwender bietet. Diese können so einen höheren Durchsatz erzielen oder größere, komplexere Modelle analysieren.

Justin M. Morgan bemerkt abschließend: „Eine ansprechende grafische Benutzeroberfläche, eine neue Container-Technologie und eine hervorragende Leistungsfähigkeit der Hardware machen CPU 24/7 zu einer echten Alternative im Vergleich zu Investition in eigene Hardware und deren Verwaltung.“

Richard Metzler, CPU 24/7: „Die Docker Container-Technologie ermöglicht es, performante und nutzerfreundliche Cloud-Ressourcen in kürzerer Zeit, in höherer Qualität und unabhängiger von der Infrastruktur bereitzustellen. Container-Virtualisierung dient dabei nicht nur dazu, das Leben der Systemadminstratoren zu vereinfachen. Sie wird weiterhin auf dem Vormarsch sein, weil sie die Vorteile einer Virtualisierung, nämlich die Kontrolle und Isolation, mit der Performance von Bare-Metal kombinieren kann.“

Die Bereitschaft von Ingenieuren und Wissenschaftlern CAE as a Service zu nutzen, steigt mit der ständig wachsenden Zahl an zufriedenen Anwendern und einem immer einfacheren Zugang zu den benötigten Rechenressourcen. Aufgrund der Schnelllebigkeit der globalen Märkte und der damit einhergehenden Notwendigkeit, immer kürzere Produktentwicklungszeiten vorzulegen, ist der Schritt zu HPC in einer Private Hosted Cloud für viele Unternehmen wichtig und richtig.

Die Anwendung:

• Industrie End-User/Team-Experte: Justin M. Morgan, PE Principal, Ocean Engineering & Analysis, Glosten Inc.
• Software Provider: Aji Purwanto, Business Development Director, NUMECA International S.A.
• Container Provider: Hilal Zitouni Korkut and Fethican Coskuner, UberCloud Inc.
• Cloud Resource Provider: Richard Metzler, Software Engineer, CPU 24/7 GmbH

Docker Inc. entwickelt eine Linux-basierte Open-Source-Software, die dazu verwendet werden kann, Anwendungen in standardisierten Containern zu verpacken und isoliert voneinander zu starten. Dies vereinfacht einerseits die Bereitstellung von Anwendungen, weil sich Docker-Container leicht als Dateien transportieren und installieren lassen. Andererseits isoliert ein Container die darin laufende Anwendung vom File-System des Hosts und dem Netzwerk. Der Resource Provider erhält dadurch eine größere Kontrolle über die installierte Software und kann Anwendungen schneller bereitstellen.