Le calcul haute performance Azure conduit au développement de produits étonnants chez Microsoft Surface | Blog Microsoft Azure

Ce blog a été rédigé en collaboration avec l’équipe Microsoft Surface et Azure. Il décrit comment nous avons utilisé le calcul haute performance (HPC) Azure pour gagner du temps, réduire les coûts et révolutionner la conception de nos produits lors de la fabrication de nos produits Microsoft Surface.

L’organisation Microsoft Surface existe pour créer des expériences de bout en bout emblématiques sur le matériel, les logiciels et les services que les gens aiment utiliser au quotidien. Nous pensons que les produits sont le reflet des personnes qui les construisent et que les outils et infrastructures appropriés peuvent compléter le talent et la passion des concepteurs et des ingénieurs pour proposer des produits innovants. Les modèles de simulation au niveau du produit sont régulièrement utilisés dans la prise de décision quotidienne concernant la conception, la fiabilité et les caractéristiques du produit. L’organisation s’engage également sur plusieurs années pour fournir des produits différenciés de manière très efficace. Microsoft Azure HPC joue un rôle essentiel dans la réalisation de cette vision. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de la façon dont nous avons pu faire plus avec moins en tirant parti de la puissance de la simulation et d’Azure HPC.

Développement d’appareils Surface sur Microsoft Azure

Je suis ingénieur principal chez Microsoft et analyste structurel. J’ai été un grand utilisateur d’Azure HPC et l’un des premiers à avoir adopté les machines virtuelles Azure A8 et A9. En 2015, avec l’aide de notre équipe informatique Surface, nous avons déployé et résolu de nombreux problèmes liés à l’implémentation d’Abaqus (un logiciel d’analyse par éléments finis (FEA)) dans Azure HPC. En 2016, les simulations structurelles au niveau du produit pour Surface Pro 4 et l’ordinateur portable Surface d’origine avaient entièrement migré vers Azure HPC à partir de serveurs sur site. Les grands modèles avec des millions de degrés de liberté sont devenus monnaie courante et faciles à résoudre sur Azure HPC. Cette utilisation précoce des simulations a permis de résoudre des problèmes pour les ingénieurs de conception chargés des mesures de robustesse et de fiabilité. L’utilisation a augmenté parallèlement à la croissance de la gamme de produits. Avec mes collègues Pritul Shah, directeur principal d’une équipe d’ingénierie multi-produits, et Jarkko Sihvonen, ingénieur principal de l’équipe Infrastructure et services informatiques, nous avons collaboré pour augmenter l’empreinte de la simulation structurelle dans notre organisation. La vision de constituer une équipe de simulation mondiale impliquait l’accès à des serveurs informatiques dans l’ouest de l’Amérique du Nord et en Asie du Sud-Est, qui ont été facilement déployés par les équipes Surface IT et Azure HPC.

Développement produit : ordinateur portable Surface

La disponibilité d’Azure HPC pour les simulations structurelles à l’aide d’Abaqus a contribué à en faire un outil de développement principal pour la conception de produits. Les concepts de conception créés dans les systèmes numériques de conception assistée par ordinateur (CAO) sont traduits en détail en modèle FEA. Ce sont de véritables prototypes numériques et constituent tous les principaux sous-systèmes de l’appareil. L’analyste peut utiliser des modèles FEA pour imposer différentes conditions de test et de fiabilité dans un environnement virtuel et déterminer la faisabilité. En quelques jours, des centaines de simulations sont exécutées pour évaluer diverses idées de conception et solutions visant à rendre l’appareil robuste. Par la suite, la conception sélectionnée devient un prototype puis soumise à des tests rigoureux pour des conditions d’utilisation réelles. Il existe plusieurs boucles de rétroaction intégrées à notre processus d’ingénierie pour comparer les tests réels et les résultats FEA en vue de la validation du modèle.

Dans le premier graphique illustré ci-dessus, un prototype numérique (modèle FEA) d’un ordinateur portable est configuré pour tomber sur son coin jusqu’au sol. Celui-ci modélise les tests physiques réels effectués dans nos laboratoires d’ingénierie de fiabilité. La vitesse d’impact pour une hauteur donnée est la condition initiale de la simulation dynamique. La simulation de chute dynamique est exécutée sur des centaines de cœurs d’un cluster Azure HPC à l’aide du solveur Abaqus. Nous avons utilisé le solveur Abaqus et Explicit, connu pour sa solution robuste et précise pour les événements dynamiques non linéaires à grande vitesse tels que les tests de chute d’appareils électroniques grand public. et la résistance aux chocs des automobiles. Ces solveurs sont optimisés spécialement pour les clusters Azure HPC et permettent une mise à l’échelle vers des milliers de cœurs pour des débits rapides. Les tâches de simulation se terminent en quelques heures sur ces serveurs Azure HPC optimisés, au lieu des jours qu’elles prenaient auparavant. Les résultats sont examinés par les analystes et les niveaux de contrainte sont comparés aux limites matérielles. Les équipes de conception et les analystes examinent ensuite les rapports et effectuent des mises à jour de conception. Ce cycle se poursuit en boucles très rapides, car les serveurs Azure HPC permettent un traitement rapide des révisions.

Le deuxième graphique représente un exemple de charnière de l’appareil optimisée pour la résistance. L’équipe a pu visualiser le mouvement induit par l’impact et les niveaux de contrainte des pièces internes de la charnière à partir de la simulation. Cela nous a permis d’isoler le problème principal et d’apporter les améliorations de conception appropriées. Cette idée a permis de repenser l’ensemble charnière afin de réduire les niveaux de contrainte. Un temps considérable a été gagné dans le processus de conception, car une seule itération était nécessaire pour réussir. Les coûts d’outillage, de prototypage physique et de tests ont également été économisés.

Actuellement, toute la gamme de produits Microsoft Surface utilise cette approche de validation de la conception avec des prototypes numériques (modèles FEA) exécutés sur des clusters Azure HPC. Des milliers de tâches de simulation sont exécutées régulièrement en quelques semaines pour permettre des conceptions de pointe offrant une très grande fiabilité et une très grande satisfaction client.

Et après

L’équipe se concentre désormais sur le déploiement de simulations plus évolutives et de ressources Azure HPC pour les équipes multidisciplinaires et pour la modélisation multi-physique. Il existe une énorme opportunité de permettre l’apprentissage automatique et l’IA dans la création de produits. Azure HPC et les partenariats au sein des organisations Microsoft seront exploités pour générer des innovations à grande échelle à un rythme rapide. Nous poursuivons également ce parcours de transformation numérique avec l’ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) avec le V4 Institute. Les organisations de classe mondiale qui cherchent à faire plus avec moins et à la recherche de simulations numériques à grande échelle bénéficieront grandement de la collaboration avec Azure.

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