COMSOL Multiphysics 仿真计算常用配置条件

COMSOL是一款功能强大的多物理场仿真软件， 核心产品可以轻松实现建模流程的各个环节，与附加模块结合使用时可进一步扩展建模功能，用来分析电磁学、结构力学、声学、流体流动、传热和化工等众多领域的实际工程问题。

下面就基于 COMSOL Multiphysics 从常用配置进行一些讨论，希望对大家的选择提供一些参考建议。

1. CPU

首先让我们来看看计算机的大脑：CPU，它的类型、基频、缓存、核数，以及使用的数量等都是需要考虑的。

CPU 类型

不同的 CPU 架构提供不同的特性集，其价格也存在显著差异。

高端 CPU（如，英特尔® 至强® Gold 和 Platinum 或者 AMD® EPYC®）处理器采用 CPU 互连技术，使每台计算机支持多个 CPU，并允许 CPU 之间相互通信，以访问大量内存。这些处理器具有最大内存带宽，能够在内存与处理器之间来回快速传输大量数据。如果您需要寻址大量内存，或者计划连续并行运行多个仿真，则此类 CPU 是最理想的选择。

中端 CPU（如，英特尔® 至强® W 或 AMD® Ryzen™ Threadripper™）处理器没有 CPU互连结构，因此对于单 CPU 计算机来说是不错的选择。它们具有与高端系统相当的时钟速度和内核数，是一种具有吸引力的全方位选择。

入门级 CPU（如，英特尔® 至强® E 处理器）具有两个内存通道，没有 CPU 互连结构，因此无法像上述 CPU 那样处理大量的内存。此类 CPU 的内存带宽最低，但可以具有较高的时钟速度。它们不是并行运行多个仿真的理想选择，但通常可以用来非常快速地求解单个模型。

时钟频率

较高的时钟频率通常会具有较高的性能和速度，如果两台计算机的所有其他硬件规格都相同，则时钟频率高的那一台通常具有更快的计算速度。

高速缓存

高速缓存直接内置在处理器中，缓存通常是越大越好。在所有其他因素都相同的情况下，缓存较大的机器将表现出更好的性能。

内核数

处理器中的内核越多，一次可以执行的并行线程就越多，这就是多线程处理。在默认情况下，COMSOL 将自动利用所有可用的内核。不过凡事无绝对，过多的内核参与运算，虽然会加快计算速度，但由于多核之间也需要交换数据，因此有可能会消耗较多的时间在通讯上面，特别是对于那些没多大计算量（自由度少）的模型尤其如此。总结下来就是，一般来说，内核越多可能越好，这在并行运行多个模型或使用 PARDISO 直接求解器时尤其如此，但如果计算量小，或者成本控制严格，六核或八核也许是一个比较好的全方位选择。

2. 内存

内存是计算机的重要组件之一，通常计算机上的绝大多数程序都是在内存中运行的，它的强弱和大小影响着计算机的整体能力。对于我们进行有限元运算而言，最重要的一个因素是，要有足够的物理内存来求解您要处理的最大模型。如果没有足够的内存，那么无论您选择什么样的硬件，计算机的运行速度都会明显下降，甚至无法完成计算。

内存数量

虽然要求很简单，比我们要求解的最大模型所需的量大就可以了。然而，到底这个限度是多少呢？

一般情况下，我们可以通过求解一些与待求解的最大模型相似，但规模更小的模型来预测内存需求。测试模型包含的物理场与您要在最大模型中求解的相同，然后我们可以使用不同数量的网格来建模并进行计算。完成求解后，查看每个计算所需的内存量，拟合为 A x (dof)^N 形式的表达式，其中 A 和 N 是拟合系数，dof 是自由度数。之后就可以根据这个公式来估算一下最大模型需要多少内存了。

不过一定要注意，对于不同的模型类型，内存使用率与自由度之间的关系存在巨大差异，因此，我们可能需要为待求解的每一种模型重复此过程。还要注意，如果内存量远远超过实际需要的量，也并没有什么好处，只是多少感觉有点浪费。

内存安装方式

内存对计算性能的影响，在很大程度上还取决于内存的安装方式。所有计算机均通过多通道内存总线访问安装的内存。如果选择了错误的安装方式，内存速度可能会降低。例如，假设有一台具有 16 个插槽的四通道单 CPU 计算机，每个通道都对应有四个内存插槽，如下面的示意图所示。

通常情况下，四通道最好是正好匹配，如果出现某个通道与其他通道不同，就无法充分利用多通道的优势，相反还会减速。主板供应商通常都会提供此信息。举例来说，如果要在上图所示的系统中安装 64 GB 内存，合理的做法是可以安装四个 16GB 或八个 8GB 的内存条，并平均分配到各个通道，即各插一条 16GB 或者各插两条 8GB。注意，可能有些人觉得