環境に優しい貨物輸送飛行船の迅速なローンチのために AWS で CFD を実行する FLYING WHALES

FLYING WHALES は、重量貨物および大型貨物市場向けに、ペイロードが 60 トンの貨物飛行船を開発しているフランスのスタートアップ企業です。このプロジェクトは、遠隔地で木材を採取するための効率的で環境に優しい輸送手段を提供するというフランスの熱意から生まれたものです。FLYING WHALES の空気力学リードエンジニアである Guillaume Martinat 氏は、「フランスはヨーロッパ最大の森林地帯の 1 つを保有していますが、これらはアクセスすることが非常に困難な山の上にあります」と話しています。「着陸することなく、ホバリング飛行しながら貨物を積み降ろすことができる飛行船を作る必要があるのはこのためです」。

FLYING WHALES は、その飛行船を設計するために、あらゆる流体の流れを数値的にシミュレートするツールである複雑な数値流体解析 (CFD、Computational Fluid Dynamics) と、大量のコンピューティング容量を必要とする構造解析シミュレーションを実行しています。同社では物理的なテストを行うことができません。飛行船が大きすぎ、テストするにはコストと時間がかかりすぎることが原因です。その代わり、エンジニアには、飛行船のサイズを調整し、飛行フェーズごとにワークロードを定義するためのデータが必要になります。CFD は、部品を製造することなくこれらの必要不可欠なデータをエンジニアに提供するため、はるかに高速な設計プロセスが可能になります。しかし、各計算には約 600 個のコアが必要で、1 つのモデルを生成するには計算を約 400 回実行しなくてはならないため、膨大な計算リソースが必要になります。

当初、FLYING WHALES は CFD 分析を実行するために、社内のハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) クラスターに頼っていました。しかし、このクラスターにはコアが 200 個しかなく、ワークロードをサポートするために必要なスケーラビリティや柔軟性がありませんでした。FLYING WHALES は、その IT 環境がコスト効率性に優れており、2021 年のモデルデリバリー対応できることを確実にする必要もありました。Martinat 氏は、「スタートアップ企業として、私たちには独自に期限を守るためのリソースが不足していました」と話しました。

FLYING WHALES は、その HPC 環境をクラウドに移行して、CFD ワークロードを Amazon Web Services (AWS) で実行することを選択しました。「複数のクラウドプロバイダーを評価しましたが、AWS が最高のパフォーマンスを提供してくれました」と Martinat 氏は話しています。具体的に言うと、FLYING WHALES は Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) C5n.18xlarge インスタンスでの実行を選択しました。このインスタンスは、Amazon EC2 インスタンスネットワークインターフェイスとして Elastic Fabric Adapter (EFA) をサポートします。C5n インスタンスは、FLYING WHALES がその CFD ワークロードのために必要とする能力とスケーラビリティを提供します。 FLYING WHALES は、Amazon EC2 スポットインスタンスを使用して C5n インスタンスをプロビジョニングしています。スポットインスタンスは、最大 90% の割引額で利用できる Amazon EC2 の予備容量です。スポットインスタンスを使用することで、FLYING WHALES は HPC クラスターのコストを 64% 削減できました。 

さらに、同社は AWS ParallelCluster を使用して、AWS で CFD シミュレーションを実行するための HPC クラスターのデプロイと管理を簡素化しています。FLYING WHALES は現在、NICE DCV を使用することでデータ転送コストを大幅に削減しながらアプリケーションをセキュアにストリーミングできるので、エンジニアはソリューションをローカルにダウンロードせずに、それらを検査することができます。

FLYING WHALES は、AWS Activate プログラムを通じて提供される財政的支援と技術的支援も活用しました。Martinat 氏は、「AWS からのクレジットとテクニカルサポートは、私たちが独自にスタートするよりも迅速にスタートを切るために役立ちました」と言っています。

FLYING WHALES は、HPC ソリューションの導入時間を高速化するために、AWS の専門知識も活用しました。HPC 環境を AWS で実行することで、FLYING WHALES は CFD ワークフローを以前よりも高速に完了できるようになりました。「Amazon EC2 C5n.18xlarge インスタンスと EFA を使用することで得られるコンピューティング能力とノード間のネットワークパフォーマンスのおかげで、私たちは AWS で CFD ワークフロージョブを 15 倍速く実行できます」と Martinat 氏は話しています。「その結果、以前は数か月かかっていた作業を、数日で完了できるようになりました」。

これらに加えて、オンデマンドで利用できるリソースは、FLYING WHALES のエンジニアが各ジョブを順番に実行するのではなく、多数の計算を同時に実行することも可能にします。その結果、エンジニアはインフラストラクチャの管理ではなく、データの分析と知的財産の作成により多くの時間を費やすことができます。これらの能力と AWS からの直接的なサポートにより、FLYING WHALES はその計画通り、2024 年に最初の飛行船を実現化できるでしょう。

FLYING WHALES は、その HPC 環境を迅速にスケーリングして、それぞれのサイズが 6 TB のコア 600 個の計算モデルをサポートするために、AWS に頼っています。「AWS ではほぼ無制限の計算能力を使用でき、これは国家スーパーコンピューターの能力とほぼ同じレベルのスケーラビリティを提供します」と Martinat 氏は話しています。「6,000 コアが必要なら、これらすべてのコアを使用できます。つまり、すべての計算を、必要に応じていつでも同時に行うことができるのです」。 また、同社のエンジニアはシミュレーションを実行するためにジョブキューで待機する必要がないため、毎週何 10 時間もの時間を節約できます。

FLYING WHALES は、その能力を使用して迅速にスケーリングし、以前よりも多くの作業を完了させています。多種多様な AWS インスタンスタイプを利用できることから、同社はオンプレミス環境では不可能であった複雑なシミュレーションを実行できます。例えば、飛行船のサイズを調整する上で重要な地面効果の計算の一部では、同社がそのオンプレミスクラスター全体を数週間にわたってブロックする必要がありましたが、今では、他のアクティビティを遅延させることなく、これらの計算を迅速に実行できるようになりました。「コンピューティングリソースが不足していたことが原因で、実行できなかった研究もいくつかありました」と Martinat 氏と話しています。「今では、実行したいことをすべて実行できるようになりました。これは、単に AWS での実行速度が速いというだけのことではなく、ジョブを完了させる能力があるということなのです。さらに、利用可能なさまざまなインスタンスタイプの中から高メモリハードウェアを選択することで、オンプレミスで得られたものよりも細かく、重いメッシュをリモートで生成し、CFD の精度を向上させることも可能になりました」。

AWS ParallelCluster の柔軟性により、FLYING WHALES のエンジニアは、サーバーの取得、設定、および管理に数か月を費やす代わりに、15 分で HPC ジョブを立ち上げて実行できるようになりました。「AWS ParallelCluster を使用することで、CFD ジョブのサイズに合わせてインスタンスを調整できます」と Martinat 氏は言っています。例えば、会社が大量のコンピューティング容量を必要としない場合、エンジニアは価格が安い可能性があるインスタンスタイプを選択し、その後必要に応じてスケールアップすることができます。「このソリューションを使用することで、柔軟性とコスト削減を実現できます。これは、リソースが限られたスタートアップ企業である私たちにとって重要なことでした」と Martinat 氏は話しています。

AWS のスケーラビリティと柔軟性のおかげで、FLYING WHALES はその中核事業である革新的な貨物飛行船の設計に集中できるようになりました。「当社にとっての AWS の強みは、HPC クラスターをスケーリングおよびカスタマイズして、高パフォーマンスで、CFD ワークロードに対応する環境を常に確保できるようにしてくれることです」と Martinat 氏は言っています。「これは、私たちが製品を予定どおりにローンチすることを可能にするだけでなく、会社の成長にも役立ちます」。