株式会社HPCテック

GPU Solution：

粉体挙動解析ソフトウエア

EDEM

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EDEM は実績のある離散要素法技術（DEM：Discrete Element Method）を用いて、粉体（錠剤、石炭、鉱石、土、砂、岩石等）の複雑な挙動を正確にシミュレーションできるソフトウェアです。
製薬や食品業界、化学、鉱業、建設機械、農業機器などさまざまな分野で利用されており、設定した処理条件、作業環境下での粉体と機器の相互作用について、エンジニアに新しい知見を提供します。

▶ EDEM の必要性

粉体は粒子の衝突や摩擦が影響することから流体とも固体とも異なる独特な挙動を示します。その性質を利用して様々な製品が開発されている一方、生産工程においては材料の付着や不均一などトラブルの要因となることもあり、シミュレーションによる挙動解析の必要性が高まっています。一般的な構造解析や流体解析では粉体の挙動を正確にシミュレーションすることは困難ですが EDEM ならそれを可能にします。

▶ EDEM の特徴

▶ あらゆる粉体粒子に対応可能
　微粒子から大きなバルク材料、乾燥材料から粘着質材料、凝集性材料など、幅広い材料や形状への
　対応が可能です。

▶ 豊富で充実した材料モデルデータベースへのアクセス
　 EDEM の材料モデルデータベースを通して数千の材料モデルの利用が可能です。

▶ わかりやすいGUI 　最新のユーザーインターフェースにより素早くシミュレーションを設定、
　実行、確認できます。

▶ 大規模計算に対応するスケーラビリティ
　大規模で複雑な粒子系システムにおいて高速でスケーラビリティの高い計算パフォーマンスを提供
　します。

▶ 主要なCAE との連携に対応
　構造解析や流体解析などの主要なCAE との連携を可能とするインターフェースをサポートします。
　連携により粒子の挙動に伴う構造や流体への影響の解析を可能にします。
　 ANSYS Mechanical、ANSYS Fluent との連携が可能です。

▶ EDEM 主な機能

▶ プリプロセッサ EDEM Creator
　・セットアップ時間を最小化する直感的かつ論理的な使いやすいインターフェース。
　・幅広いCADに対応するインターフェース (IGES、STL、STEP 他)。
　・処理・加工機器の運動の設定機能（直線、回転、正弦曲線など）。
　・実世界の粒形状に対応するモデリング機能。
　・EDEM 社の材料データベースの利用（接触モデルの選択、材料データの決定や追加）。

▶ 計算ソルバ EDEM Simulator
　・並列処理による高速な計算に対応する最先端の DEM ソルバー。
　・GPU に対応。
　・大規模、複雑な粒系システムの計算に対応。
　・設計パフォーマンスの検証を容易にする任意タイミングでのシミュレーションの開始、
　　終了が可能。

▶ ポストプロセッサ　EDEM Analyst
　・高機能でパワフルなポスト処理能力。
　・豊富なビジュアライゼーションおよび分析機能（カラー/グラフ/グループ表示）。
　・高解像度の画像および動画の生成機能。
　・データマイニング（オプション）：EnSight ファイルや CSV 形式による結果データの
　　エクスポート機能。

▶ EDEM Multi GPU 対応

EDEM GPU ソルバを使うことにより、CPU のみで行っていた計算よりも数倍速く実行することができます。パーティクル数が 10k を超えると CPU を実行するよりも効果的になり、100k を超えると大幅にスピードが上がります。
例えば、NVIDIA Quadro GV100 を使用し 100 万個の粒子を含むベンチマークシミュレーションでは 12x CPU と比べて最大 12 倍の高速化が確認できました。

HPC テックでは NVIDIA Quadro GV100 を最大４基使用したマルチ GPU での
ベンチマークを株式会社サイバネットシステム様と取らせていただきました。

▶ EDEM Benchmark - EDEM 用 GPU 搭載ワークステーション

■ テスト内容
　　HPC テック社製計算機 HPCT WR26gs に NVIDIA Quadro GV100 を１基、２基、４基を
　　搭載させどのくらいスケールするかを確認しました。

■ テストモデル
　　水平に置かれた筒状のミキサーを回転させ粉体を混ぜ合わせるモデル。
　　（Y軸分割：計算範囲の粒子を均等に分けて計算させるため）

■ テスト用計算機仕様
　　・GPU：NVIDIA Quadro GV100（HBM2 32GB）
　　・CPU：Intel Xeon GOLD 6136（12Core, 3.0GHz）x2
　　・RAM：DDR4-2666 Total 384GB
　　・O S：CentOS 7

■ 計測結果

■ 総評
　　今回のモデルでは複数枚での GPU 利用が有効である事がわかりました。1GPU の使用率が
　　80% 程度、2GPU の場合は其々平均 60% 程度、4GPU の場合は其々平均 36～37% 程度に
　　なっています。1GPU 時の使用率を 100% として見た場合、2GPU で 149.9%、4GPU で
　　183.8% となっており、GPU の使用率向上がそのまま計算時間の短縮に直結しています。

　　HPC テックでは貸出機やテスト用ラボがございますので、導入検討時には是非とも
　　ご相談ください。

▶ DEM 社について

DEM Solutions Ltd. 様は 2003 年に創立し、英国エディンバラに本社、米国と日本にオフィスを置き、アジア・南アメリカ・南アフリカのチャンネル・パートナーのネットワークで活動しているグローバル企業です。
EDEM はバルク材料シミュレーションのマーケットをリードする離散要素法（DEM：Discrete Element Method）ソフトウェアです。 EDEM のシミュレーション技術は、鉱業、機器製造とプロセス装置産業でバルク材料の処理、加工する機器の『Virtual Testing』に使用されています。また、EDEM は機器設計の最適化、生産性の向上、オペレーション・コストの削減、製品開発サイクルの短縮、製品革新を進める為に全世界で使用されており、世界で 300 以上のアカデミック機関で研究に活用されています。

DEM 社ホームページ
https://www.edemsimulation.com/