高性能计算最佳实践

本页面的一些评论来自于我个人超过10年的CFD计算经验、以及3年的HPC客户反馈。我并没有附上相关数据（没时间准备）。专业性用户可以对我的观点采取怀疑态度。初级CFD用户建议适当采取我的建议。

定律一：

不是用越多的核越快！但小网格请使用少的核心数！

比如一万个网格单元，一定不要用64核来计算。20万个网格。建议跑5个核10个核。百万级别的网格，这个不确定用多少个核。需要自行对比研究。

针对OpenFOAM，Janeš et al. 采用了32-1024核心对300万-700万网格进行模拟，作者建议每核心7500个网格，并认为采用512核心时达到最大加速比。Axtmann and Rist对经典pitzDaily进行了计算，网格采用了100万-1600万网格，作者表明每核心分配15000-20000个网格比较好。Zheng et al.使用OpenFOAM对非牛顿流体圆管内的流动进行了模拟，表明每核心32000个网格是最优的。Duran et al.发现对于OpenFOAM，网格越大，节点内加速比约线性。

在一些情况下（取决于网格数多少），96核比80核更慢，是正常的。128核的服务器，绝对不会比64核快2倍！任何型号的单塔式服务器单机的并行性能，绝对不是线性的，并且这个并行性一般非常差！2024年，我不推荐购买任何256核心的单机服务器。200核以上，需要上机架式服务器。

用法拉利拉水泥绝对不如拖拉机快！比如跑20个网格。请用1个核！如果算例都是特别小的网格，不建议上服务器，台式机就行。

这一个定律的引申问题是服务器适合跑多少万网格。这主要取决于内存容量。3200万网格，单相流、稳态SIMPLE算法Fluent2020版本占用81G内存。OpenFOAM单相流也占用了80G内存。有关计算速度，这个不好说。一些人拿笔记本6核心算300万网格，一些人拿机架式300核心算300万网格。这个跟个人的阈值、预算有关。

定律二：

大网格算例，请顺序跑，而不是同时跑！

举例，1000万网格，跑64核肯定合适。那么有个问题，有2个1000万网格的算例。是每个算例分32核同时跑，还是每个算例分64核顺序跑？针对单机塔式服务器，请选择后者。针对机架式服务器，请一个算例跑一个节点。

定律三：

跑线程数还是核心数，这个要研究！

一般我们建议跑核心数。比如64核128线程的服务器，就跑64核心。当然某些情况下，可能会出现64核128线程的服务器，开超线程发现是80线程或者90线程最快。这个就没有普适性定论了。保守起见，64核128线程的服务器，就跑64核心。跑更多的，需要自行研究是快是慢。

定律四：

是否打开超线程，跟CPU、内存有关！没有定论。

这个没有普适性定论。在某些情况下，64核心的服务器，跑64核的算例，打开超线程只会慢1-2%。在某些情况下，会慢10%。这取决于CPU与内存型号。DM服务器，部分打开超线程，部分关闭超线程。

有些情况下，关闭超线程会导致跑满核心的情况下速度很慢，以及每次跑的速度不一样。开启超线程，会相对稳定。

定律五：

系统任务会影响计算速度！

比如，如果开启向日葵远程，会导致CPU跑不满，并且严重影响计算速度（OpenFOAM实测要慢20%左右）。当然了，某些情况下，可能你们会观测到并没有影响多少速度。但是，保守起见，为了更好的发挥性能，不要开向日葵等远程软件。

定律六：

软件版本会影响速度！

以Fluent举例。我们的Fluent算例，2019和2020版本，计算速度相当（2019更快几秒）。windows版本2021、2022、2023版本要慢非常多。这里面还跟mpi、操作系统有关。比如linxu就会更快，Fluent的intelmpi有些版本更快，有些版本比较慢。由于商软黑箱，所以原因不详。

OpenFOAM算例速度，比如简单的pisoFoam，目前观测与版本无关。

OpenFOAM的mpi也会影响速度，比如intelmpi与openmpi计算速度并不一样。