Еще одно Core в мире ядер
В статье «Introducing Core, Autodesk's Other Solid Modeling Kernel» Ральф Грабовский обратил внимание на ребрендинг геометрического ядра Gen6 — технологии, лежащей в основе облачного САПР TinkerCAD, приобретенного компанией Autodesk в мае 2013. Gen6 теперь носит название Core 1.0 и является частью новой платформы для облачных вычислений Creative Platform, основанной на TinkerCAD API. Предполагается, что эта платформа (набор API функций) будет расширяться не только разработчиками Autodesk, но и непосредственно сообществом пользователей. Как сама платформа Creative Platform, так и ядро Core совместимы с другими пользовательскими программными продуктами, принадлежащими экосистеме Autodesk. То есть не ограничиваются использованием исключительно в TinkerCAD.Геометрическое ядро TinkerCAD Gen6 (теперь переименованное в Autodesk Core 1.0) любопытно по двум причинам: (a) с момента создания оно предназначалось для работы в облачном окружения с использованием суперкомпьютеров, и (b) оно основано на воксельном представлении трехмерных тел, в то время как остальные современные коммерческие ядра используют B-Rep (граничное представление). Представление тел в виде вокселей и соответствующие алгоритмы обработки неплохо масштабируются для использования на сотнях и тысячах процессоров (чего нельзя сказать о B-Rep представлении). Однако им свойственна недостаточная точность для представления типичных САПР моделей. Поэтому в настоящий момент ядро Core, скорее всего, может быть использовано только как нишевое решение в сфере 3D печати или образования — там, где требования к точности меньше. Более детальное обсуждение этого вопроса, а также подробности о функционале параллельных вычислений в других ядрах (Parasolid, ACIS, CGM и недавно созданном RGK, Russian Geometric Kernel) можно найти в статье Эволюционное и революционное будущее геометрических 3D-ядер.
ShapeManager и параллельные вычисления
Почему же Autodesk'у необходимо разрабатывать облачную программную платформу на основе нового ядра? Ответ может заключаться в том, что проверенный временем ShapeManager (ASM) не поддерживает должным образом параллельные вычисления.Полтора года назад на пресс-конференции Autodesk University 2012 утверждалось, что разработчики ASM уже поддержали многопоточность для трудоемких операций. Тем не менее, на настоящий момент нет никаких признаков того, что эти возможности доступны конечным пользователям.
В этом можно легко убедиться, запустив приложения, основанные на ShapeManager, такие как Inventor Professional 2014 или Fusion 360. Они устанавливаются локально на ПК (кстати: CAD-подсистема продукта Fusion 360 не является облачной средой) и используют наиболее свежую версию ASM. Запуск тестовых сценариев (см. рисунки ниже), представляющих собой булево объединение двух тел, сводящееся к попарному пересечению большого количества граней, показывает, что для построения решения требуется 2-3 минуты на типичном современном 4-ядерном ПК. С помощью стандартного диспетчера задач ОС Windows можно определить, что во время вычислений занято только одно процессорное ядро.
С другой стороны, если те же сценарии использовать для сравнительной оценки производительности одного из не-Autodesk коммерческих геометрических ядер, поддерживающих многопоточность, выяснится, что решение происходит в разы быстрее. И при этом заняты все процессорные ядра.
Слева: два идентичных тела, каждое из которых состоит из двух десятков NURBS граней. Тела расположены под небольшим углом друг к другу.
Справа: Аналогичный сценарий с телами, имеющими десятки тороидальных граней.
Облачный Autodesk 3D Design в браузере
Необходимо отметить, что большинство пользовательских индустриальных сценариев значительно проще (в смысле количества граней) и могут быть выполнены мгновенно даже на одном ядре современного ПК без применения параллельных вычислений. Вместе с тем, в ряде случаев производительность на больших моделях может быть критичной для пользователя. Одним из таких примеров является случай использования CAD, развернутого в облачном окружении — когда CAD-приложение вместе с геометрическим ядром установлено на удаленном сервере, который выполняет все вычисления (скажем, приложения Autodesk и OTOY, установленные в окружении Amazon Web Services EC2 с использованием технологий NVIDIA Grid). Если мощный сервер с десятками процессоров и ядер не реагирует мгновенно на пользовательский запрос, это может разочаровать конечных пользователей.Кстати, говоря об облачных приложениях Autodesk для AWS, выпущенных в ноябре 2013, надо сказать, что здесь меня действительно постигло разочарование. Но совсем по другой причине.
Дело в том, что ни одно из этих приложений я не смог запустить у себя в браузере. Как выяснилось, для их запуска в AWS EC2 требуется выбрать соответствующую аппаратную платформу GPU (NVIDIA Grid) из списка доступных конфигураций. Однако, чтобы иметь возможность выбирать эту конфигурацию, необходимо иметь некоторую «клиентскую» историю в AWS. То есть в течение некоторого неопределенного времени платить за услуги по использованию других серверов/сервисов Amazon. Если же такой истории нет, то NVIDIA Grid недоступен даже после соответствующего запроса в техническую поддержку.
Проблема здесь, вероятно, в том, что Amazon не установил достаточное количество видеокарт NVIDIA Grid на свои сервера, и поэтому компания была вынуждена ограничивать количество потенциальных пользователей таким довольно странным способом.
Короче говоря, браузерные версии ПО Autodesk остались непротестированными. Впрочем, сомнительно, что возможности ShapeManager будут в них заметно отличаться.
Core vs ShapeManager
Если ShapeManager не поддерживает многопоточность, это означает, что команде разработчиков предстоит еще много работы по его адаптации к облачной среде. Возможно, Autodesk намеревается сделать вот что: в качестве эксперимента запустить новую платформу Creative Platform и с ее помощью провести исследование того, как облачная CAD система может быть использована сообществом энтузиастов, и в какую сторону пойдет ее развитие. В зависимости от результатов компания будет либо развивать ядро Core (улучшать воксельный подход и разбираться с проблемой обеспечения точности), либо добавлять параллельные вычисления в ShapeManager. В любом случае подобные модификации ядер потребует решения нетривиальных алгоритмических задач геометрического моделирования.Мы же, в LEDAS Labs, уже начали R&D проекты с похожей тематикой, на которые вдохновились, в том числе, по мотивам участия в разработке Российского геометрического ядра. Один из таких проектов нацелен как раз на создание технологии масштабируемого геометрического ядра для облачного окружения. Это ядро будет эффективно использовать все возможные ресурсы доступные на многопроцессорном вычислительном кластере с десятками и сотнями процессоров. И сможет обрабатывать задачи любой сложности с B-rep представлением трехмерных тел мгновенно без потери точности.