首页/文章/ 详情

仿真科普|弥合市场需求断层,高性能仿真,“性能”与“安全”如何兼得?

1天前浏览25


    2025年3月,塔塔科技(Tata Technologies)确认曾在去年遭受勒索软件组织“猎手国际”(Hunters International)的攻击,1.4TB工程数据被窃取,涉及航空发动机热障涂层工艺参数等超过 73 万份文件。 X-PHY 首席执行官兼联合创始人 Camellia Chan 对此事发表评论称:“2024 年,工业领域成为受攻击最严重的行业之一。[1]此类事件并非偶发,据IBM发布的2024年《数据泄露成本报告》显示,全球企业应对数据泄露的平均成本已从2023年的445万美元增加至488万美元,增长幅度达10%。

1.jpg

图片来源:网络


    工业仿真涉及国防、航空航天、汽车等关键领域,其数据关乎产品研发等核心商业机密。云计算虽可提供弹性算力,但虚拟化架构的网络通信瓶颈等,难以满足高保密场景需求。在此背景下,“安全超算”应运而生,通过物理隔离、全链路加密与多重管控,构建起高性能仿真的“数字护城河”


01

   安全超算仿真的定义:

从“可用”到“可控”的跃迁

    安全超算仿真指通过物理隔离、全流程数据管控、人员管控合规资质体系,为高价值工程仿真任务提供“计算-存储-传输”三位一体的可信环境。

    安全超算并非简单的“加密+算力”组合,而是通过物理隔离、全流程数据管控、人员管控和高性能硬件适配,构建从数据生成到销毁的闭环防护体系。其核心目标是在释放超大规模算力的同时,确保数据的0延迟、0残留、0泄露、0篡改,及非授权人员等外部环境0接触

2.jpg

图片来源:网络


02

  安全超算在工程仿真中的应用:

效率与安全的博弈

1

商业机密与数据安全

    工业仿真数据涵盖材料参数、设计图纸等核心信息,一旦泄露可能引发技术抄袭或供应链威胁。以某航天研究所为例,通过在物理层面实现隔离,为其工程仿真数据提供了独立的存储和处理环境,防止数据在传输和存储过程中被窃取或泄露。同时,严格的门禁管理和监控系统,可确保仅授权人员能够接触到核心数据和设备,进一步增强了数据安全防护能力。


2

超大规模仿真算力刚需

    在工业仿真领域中,超大规模仿真成为了众多行业的刚需。从航空航天到汽车制造,从风电能源到工程机械,各行各业面临着越来越多的复杂仿真任务,如飞机的空气动力学分析、汽车的碰撞模拟、多域多物理耦合等。


    以某航发企业为例,安全超算凭借其强大的计算能力,为其10亿级网格求解,100万核心并行提供了坚实的支持。安全超算弹性调度算力资源,并通过先进的并行计算技术,将大规模仿真任务分解为多个子任务,分配到不同的计算核心上同时进行处理,从而大大提高了仿真效率。


    然而,当前工业仿真市场正陷入两难困境:主流公有云平台虽能提供弹性算力调度,却普遍缺乏军工级保密能力——数据加密仅依赖软件配置,硬件架构沿用通用服务器。而另一侧,少数具备物理隔离能力的保密方案,又受限于算力规模与协同效率。这种“算力与安全不可兼得”的割裂现状,使得企业不得不在研发效率与数据安全之间做出妥协。


03

    困境破局:

「神工坊」安全超算服务框架

    面对工业仿真市场“效率”与“安全”二律背反的困局,神工坊®安全超算服务以独特的服务框架优势填补了这一空白。


1

物理隔离:构筑数据“保险箱”

    硬件层面,指客户独立上机环境——独享从CPU、硬盘到网络交换机的全套设备,彻底杜绝共享资源池的交叉污染风险;网络层面,网络资源配置由专线连接,外部网络无法访问计算节点,同时具备高带宽、低延迟、高稳定性的特点,能够满足稳定快速传输需求。


2

存储安全:全流程数据管控

图片来源:网络


介质携带与寄送:

    存储介质(如硬盘、光盘等)的携带与寄送需遵循严格的安全规范。对于涉密或敏感数据,介质在运输前需进行密封处理,使用防篡改封条或专用安全箱包装,并选择具备资质的物流公司或专人传递。[2]运输过程中全程记录,确保介质不受物理损坏或非法访问。[3]


可导入导出审计:

    存储安全审计是对存储系统的安全性进行评估和监督的过程。具体指数据导入导出操作,需通过审计机制实现全流程监控。系统会记录操作时间、操作用户、数据内容、存储介质标识等关键信息,并结合自动化工具检测异常行为(如超量导出或非授权访问)。[4]


可数据覆写擦除:

    数据覆写是指通过技术手段覆盖存储介质原有信息,确保其不可恢复。神工坊®采用Gutmann法,对硬盘等存储介质进行35次覆写。


可硬件物理销毁:

    物理销毁是通过破坏存储介质的物理结构彻底消除数据。常见方法包括:机械粉碎、消磁处理、高温熔毁。销毁工作应授权人员全程监督,视频监控存档,以备后续查证并确保销毁过程的合法性和合规性。最后进行验证,使用取证工具尝试恢复数据,确认无有效残留。


可溯源操作日志:

    操作日志是存储安全的核心追溯工具,需记录用户身份、操作时间、动作类型(如读取、修改、删除)、目标对象及IP地址等详细信息。例如,所有数据访问需通过多因素认证,日志实时同步至独立审计服务器,防止篡改,并为合规审查提供证据链。


3

合规保障:保密资质背书

    国家三级等保资质,全称“国家信息安全等级保护第三级认证”,是我国对非银行机构信息系统的最高级别安全认证,由公安机关依据《信息安全等级保护基本要》等法规进行评定,旨在对涉及国家安全、社会公共利益及重要行业领域的信息系统实施分级保护。


4

人员与环境管控:门禁监控的闭环防护

    神工坊®通过生物识别、权限分级(按岗位划分可访问区域)和动态权限管理(临时通行证时效控制)等技术手段,对人员物理出入进行精准控制,并对物理环境、设备运行状态及人员行为,进行全天候监控与记录


5

超大规模算力:超算并行突破

    在工业仿真领域,算力规模往往决定着研发效率的“天花板”。神工坊®集成GPU/国产超算/X86平台,可实现10亿级网格求解,支持100万核心并行计算实现典型算法加速30+倍,大大压缩了仿真所需时间。


04

总结

    在全球化竞争与技术封锁并行的今天,工业仿真的安全防线早已超越了技术范畴——它关乎企业核心资产存亡,更关乎产业安全的命脉。神工坊®通过物理隔离全流程数据及人员管控高性能硬件适配的三重保障,为您的工业数据安全保驾护航。




 参考资料:

[1] gltian.印度塔塔科技遭勒索攻击,1.4TB数据被泄露[EB/OL].[2025-03-10].

[2] 数据库安全.《数据安全能力成熟度模型》实践指南07:存储介质安全[EB/OL].[2021-02-23].

[3] 计算机与网络安全.构建网络安全运维管理体系[EB/OL].[2021-02-23].

[4] 存储安全审计[EB/OL].[2024-11-25].

HPC其他耦合通用航空航天船舶兵器云计算科普上云
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-05-29
最近编辑:1天前
神工坊(高性能仿真)
神工坊,提供高性能仿真解决方案...
获赞 263粉丝 49文章 123课程 4
点赞
收藏
作者推荐

案例分享|性能提升突破25%!揭秘国产CFD——风雷软件并行架构升级

软件介绍风雷软件(PHengLEI,PlatformforHybridENGineeringsimulationofflows)是中国空气动力研究与发展中心(CARDC)研发的面向流体工程的混合CFD平台。平台以面向对象的设计理念,采用C++语言编程。2020年12月,风雷软件正式面向全国开源,与其他开源CFD软件相比,风雷软件具有扩展能力强、开发难度低、计算效率高等特点,同时适用于前沿研究和大规模常规工程应用。[1]一、背景概述:突破自主可控的CFD性能瓶颈风雷软件(PHengLEI)作为我国自主研发的通用CFD平台,具备结构/非结构/混合网格的全域求解能力,其核心数据结构PHArray通过C++模拟Fortran多维数组特性,兼顾工程代码的兼容性。然而,受限于C++默认不实现向量化及索引冗余计算,PHArray的实际运算效率显著低于Fortran原生数组,串行性能测试中GFlop峰值比例不足问题尤为突出。为打破这一技术瓶颈,「神工坊」技术团队提出以编译器深度优化为核心的综合性能提升方案,在保持用户接口零改动的前提下重构底层数据访问逻辑。Tip“用户接口零改动”:指在系统升级或架构调整时,保持用户直接接触的前端界面(UI/UX)和交互逻辑完全不变,用户无需重新学习或适应新界面,同时后台技术栈、服务逻辑或数据架构可能已发生重大变化。这种策略的核心是通过解耦前后端依赖,确保用户体验的连续性和系统升级的透明性。[2]对于本项目指PHarray容器的接口不变。二、三大核心难题攻克:平衡兼容性、效率与跨平台需求那么如何在不改动接口的情况下,让软件跑得更快且适配所有平台?「神工坊」技术团队迅速拆解出了三大核心需求:接口稳定性:PHArray作为风雷软件的核心数据容器,需确保优化不改变现有数千行工程代码的调用方式;性能瓶颈突破:C++隐式索引计算、内存访问模式不佳导致向量化率低下,需在不侵入业务逻辑的前提下重构底层实现;跨平台适配:方案需兼容Linux/Windows系统及GNU/Intel编译器,确保优化效果普适性。三、技术方案:编译器赋能的多级优化体系针对上述需求,我们提出采用“循环优化+链接优化”双引擎驱动,通过编译器技术释放硬件算力。1.循环级缓存性能榨取向量化加速:重构循环结构,利用Intel编译器自动向量化技术将标量运算转化为SIMD指令(如AVX512),单指令处理多数据;分块与融合:通过循环分块(Tiling)提升缓存命中率,融合独立循环减少分支跳转开销;数据预取:优化内存访问模式,引导编译器自动插入预取指令,减少CPU等待延迟。2.链接时全局优化LTO(链接时优化):借助LLVM工具链对全程序代码进行跨模块分析,内联关键函数、消除冗余计算;IPO(过程间优化):跨函数边界优化寄存器分配与指令调度,提升指令级并行度。3.零侵入式代码重构多维数组底层访问优化:用多级指针替代传统类封装,减少隐式索引计算;编译器指令嵌入:通过`pragmaompsimd`等编译制导语句引导编译器生成高效机器码。四、结果测试:效率跃升与跨平台验证在完成编译优化方案的构建后,我们迎来了至关重要的实战验证阶段。本次测试聚焦两大核心目标:一是验证优化后的风雷结构网格求解器在不同平台上的计算效率是否实现显著提升,二是确保优化过程丝毫未影响程序的计算精度。1.测试方案全解(1)标准化测试环境:全面检验跨平台兼容性基础配置信息CPUIntel(R)Core(TM)i7-6700CPU@3.40GHz操作系统Ubuntu22.04LTS|Windows10专业版(2)多样化算例模型:确保测试结果的普适性算例配置信息(3)测试流程:严格遵循科学验证标准正确性验证:优化前后各跑一遍,vimdiff对比气动力系数文件,考察是否满足5位有效数字一致性能统计:优化前后跑10遍记录时间,取平均值计算性能提升百分比(4)测试举例:典型结构网格算例Linux平台:Linux平台正确性验证平均优化前耗时260.49s,优化后耗时172.54s,优化提速33.76%Windows平台Windows平台正确性验证平均优化前耗时1156.71s,优化后耗时843.27s,优化提速27.1%(5)典型结构网格算例性能测试结果跨平台验证显示,气动外形算例(平板/2822翼型/30p30n)加速比普遍高于复杂几何模型(球头/双椭球/RamC)。通过插桩分析发现:高自动向量化函数占比(多采用PHArray单元素访问的无依赖函数)与加速比呈正相关;湍流求解器因单元素接口调用更多且两方程模型含可向量化的crossing/blending函数,其优化空间显著优于已充分优化的层流求解器(依赖集合访问及链接优化)。整体表现为:湍流>层流,两方程>一方程。2.测试结论当前基于Intel编译器自动向量化和LLVM框架链接时优化的编译参数优化方案,在典型的结构网格算例中对风雷结构网格求解器的性能提升能达到25%以上,优化方案在Windows和Linux操作系统上均有效,且程序的正确性不受影响。五、总结:风雷软件并行升级成果全景呈现历经数月的攻坚克难,「神工坊」团队针对风雷软件的并行架构升级专项,交出了一份硬核成绩单:从达标情况来看,性能上,30p30n翼型、2822翼型、球头、双椭球、RamC模型等算例在Linux平台下,基于Intel/GCC/Clang编译器均实现超25%性能提升,满足预设指标;功能上,针对用户提供的典型结构网格算例,算例结果保证与优化前的气动力系数有效位前5位保持一致。另外值得一提的是,本次优化的三大亮点为国产工业软件的发展树立了新标杆:跨平台兼容性:Linux/Windows双系统、Intel/GCC/Clang多编译器全适配,优化方案普适性强;精度-效率双优:气动力系数零偏差约束下实现性能跃升,兼顾工程实用性与计算效能;多维性能锚定:从单元素到集合访问、从二维到四维数组,全维度覆盖性能基线,为后续优化提供量化基准。本次优化标志着风雷软件在自主可控CFD内核性能上实现里程碑式突破,为大规模工程仿真提供了更高效率的国产化解决方案。未来,「神工坊」团队将持续深耕编译器协同优化技术,推动国产工业软件跻身国际一流行列。参考资料:[1]红山开源社区.关于风雷[EB/OL].https://docs.osredm.com/phenglei/[2]Faulkner,L.andWick,D.(2005)Cross-UserAnalysis:BenefitsofSkillLevelComparisoninUsabilityTesting.InteractingwithComputers,17,773-786.来源:神工坊

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈