使用 CAE 模擬軟體為什麼一定要用專業工作站？

在產品研發流程中，CAE（Computer-Aided Engineering電腦輔助工程）早已不只是輔助設計，而是「決定產品能否量產成功」的核心工具。不論是汽車碰撞分析、半導體封裝散熱、還是無人機氣流模擬，背後的工程師每天都在面對一樣的挑戰，主要是模擬時間太長、模型太大、電腦不夠快。

隨著幾何建模越來越複雜、物理耦合現象越來越多（例如流體 + 結構 + 熱傳 + 電磁），CAE 模擬軟體的運算需求呈指數級成長。這也讓「工作站硬體效能」成為研發部門能否維持開發進度的關鍵。過去有些公司為了節省預算，會以一般桌機或筆電運行模擬軟體。

如今的 CAE 軟體早已不是單純的「分析程式」，而是一個需要高速計算、穩定記憶體、GPU 加速與高 I/O 效率的多物理場運算平台。如果硬體環境不足，不僅模擬速度會慢上數倍，甚至可能在分析過程中出現「Solver 崩潰」或「記憶體溢出」的情況，導致幾天的運算成果全部報廢。

CAE 軟體市場現況

目前全球 CAE 市場由幾家領導品牌主導，根據 MarketsandMarkets 與 Grand View Research 的統計，CAE 軟體市場正以 年複合成長率約 9~10% 速度擴張，2024 年已達 約 100 億美元規模，預估 2030 年將突破 180 億美元。

在這龐大的工程模擬領域中，四家軟體商佔據了技術與應用面的主導地位：

ANSYS

ANSYS 是模擬領域的代表品牌，擁有全球最廣的物理模組支援度。它整合結構力學（Mechanical）、流體力學（Fluent / CFX）、電磁場（HFSS、Maxwell）與聲學等分析功能，讓工程師可以在單一平台進行跨領域的物理耦合。

典型應用：

航太結構、電子散熱、汽車碰撞、晶片封裝、5G 天線設計等。

硬體需求特性：

• 支援多核心平行運算（MPI、OpenMP）
• Fluent 與 Mechanical 已支援 GPU 求解加速（CUDA + MPI 混合架構）
• 模型常達數百萬元素，對 RAM 容量與記憶體頻寬 非常敏感
• 解算暫存檔龐大，高速 NVMe SSD 可大幅降低 I/O 延遲

適合硬體：

DELL Precision 工作站（Xeon W 系列5860/7960）

規格建議選擇 Intel Xeon W5 或 W7 系列 (16 核心以上)/ RAM 128GB 或 256GB DDR5 ECC (高頻率) /NVIDIA RTX 5000/6000 Ada (24GB/48GB VRAM)/硬碟SSD 4TB 或 8TB PCIe Gen4/Gen5 NVMe。若您是學校單位所使用的ANSYS版本推薦CP值最高的是T5860，若您是企業用戶則推薦T7960。

Abaqus

Abaqus 起源於麻省理工學院，擅長 非線性接觸、橡膠、複合材料與斷裂力學分析。其求解器對單核時脈相當敏感，因此「高主頻 CPU」比「多核心數量」更重要。

典型應用：

汽車碰撞、複合材料、電子封裝變形、工業機構件疲勞壽命分析。

硬體需求特性：

• 對 CPU 單核效能依賴高
• 模型大時 I/O 讀寫頻繁，強烈建議使用 PCIe Gen4 NVMe SSD
• 雖支援 GPU，但效能提升以 CFD 類分析較明顯

適合硬體：

DELL Precision 7960 Tower（Xeon W9 系列 + 128~256GB RAM）

DELL Precision 7875 Tower(AMD® Ryzen Pro 7995WX+ 512 GB以上 RAM)

STAR-CCM+

STAR-CCM+ 是 Siemens Digital Industries 的旗艦級 CFD 軟體，以其流體與多物理場耦合能力著稱。它能同時進行 流體、熱、結構、化學反應甚至聲學模擬，並支援 HPC 與 GPU 混合運算。

典型應用：

汽車空氣動力學、渦輪葉片流場、電子散熱、熱對流設計。

硬體需求特性：

• 高度平行化，支援 MPI 分散式計算（Cluster 模式）
• 適合使用多核心高頻 CPU（32~64 核）
• 可有效利用 GPU 加速（支援 CUDA 與 OpenACC）

適合硬體：

DELL Precision Rack 7960 工作站 + NVIDIA RTX 5000/6000 Ada (24GB/48GB VRAM)+512GB以上RAM。

COMSOL

COMSOL 以「模組化多物理場建模」聞名，可在一個介面中同時模擬電磁、熱傳、流體與結構行為，並允許使用者以 GUI 或方程式自定義物理場。這讓它成為研究單位與開發原型設計的熱門工具。

典型應用：

半導體製程熱行為、微機電元件、感測器設計、醫療設備模擬。

硬體需求特性：

• 運算核心可並行，但在大模型下仍仰賴 高頻 CPU + 大記憶體
• 對記憶體頻寬及磁碟 I/O 的穩定性要求高
• GPU 支援度有限，偏向 CPU 為主

適合硬體：

DELL Precision 5820 / 7960 + 高頻 Xeon W 系列 + 128GB 以上記憶體

DELL Precision 7875+AMD 系列+256GB以上RAM

為什麼 CAE 模擬軟體這麼吃硬體？

很多人誤以為「模擬軟體跑得慢」是軟體本身的問題，但實際上，CAE 軟體的核心是數值運算（Numerical Computation），它運作的效率與硬體架構息息相關。尤其是 FEA（有限元素分析）、CFD（計算流體力學）或多物理場耦合，每一次分析都要處理上百萬個自由度（Degree of Freedom），求解矩陣可能高達數十 GB，任何一個瓶頸都會拖慢整體效能。

以下從四個面向解釋為何工作站硬體是 CAE 的生命線：

CPU：解算核心，是模擬的引擎

CAE 軟體最依賴的仍是 CPU。以 ANSYS Fluent 或 STAR-CCM+ 為例，它們都支援 多核心並行（MPI 或 OpenMP），但「並行」不等於「線性加速」——當核心數增加，速度提升會出現遞減效益。

舉例說明

一個 16 核心工作站相對於 8 核心平台，效能平均提升約 60%~70%，而不是 2 倍。原因在於模擬過程中仍需大量同步（synchronization）與記憶體交換。

建議方向

• 若是結構分析（Abaqus、ANSYS Mechanical），高主頻（如 4.0GHz↑）CPU 通常比超多核心更有效
• 若是 CFD 流體模擬（Fluent、STAR-CCM+），32~64 核心的多執行緒效益明顯
• 若同時進行多任務模擬，建議使用 雙 CPU 工作站架構（如 DELL Precision 7960 Tower）

RAM：自由度越多，記憶體就是燃料

在 FEA 或 CFD 模擬中，記憶體的消耗與模型元素數量幾乎呈線性關係。以 ANSYS 為例，每百萬個元素約需 32GB RAM，若模型包含 500 萬元素，最低建議記憶體容量便是 256GB 以上。

此外，RAM 不只是「容量」問題，記憶體頻寬與通道數（Memory Channel）也決定了模擬速度。例如 Xeon W 系列具備 8 通道記憶體，實測在 ANSYS Fluent 的運算效率比 4 通道系統高出約 22~28%。

工程實務建議

• CAE 模擬建議最少 64GB，建模複雜時 128~512GB 為常態
• 使用 ECC 記憶體 確保長時間連續運算的穩定性
• 優先選擇多通道架構（6 或 8 Channel）平台

GPU：不再只是顯示卡，而是運算加速器

近年 CAE 軟體大幅擴展 GPU 加速功能，特別是 ANSYS Fluent、Mechanical 以及 Siemens STAR-CCM+ 已能將求解器核心轉移到 GPU 執行，讓流體與熱分析的效能提升 3~5 倍以上。

以 ANSYS Fluent 為例：

• 2023 R2 版本起，支援 Hybrid GPU Solver
• 一張 RTX 6000 Ada 可取代超過200~300 個 CPU 核心的效能
• GPU 加速下，模型解算時間可從 8 小時縮短到約 1.5~2 小時

不過，GPU 加速效果仍取決於模擬類型。

硬體建議

• GPU 選擇以 NVIDIA RTX Ada 系列 為主
• 建議至少使用 20GB VRAM 以上（如RTX 4000 Ada、RTX 6000 Ada）
• 若預算有限，可考慮 RTX 2000 Ada 作為入門方案

儲存 I/O：別忽略資料吞吐的瓶頸

大型模擬專案往往會產生數百 GB 的暫存檔。在求解過程中，系統會頻繁讀寫結果、矩陣暫存與恢復檔案，若使用傳統 SATA SSD 或 HDD，整體模擬時間可能拉長 30% 以上。

建議配置：

• 系統碟：NVMe SSD（PCIe Gen4 以上）
• 模擬資料碟：企業級 SSD（高寫入耐久度）
• 資料集中管理：可結合群輝商務科技提供的 NAS 方案

實測差異

群輝商務科技曾以 DELL Precision 7960 Tower 為平台，針對 ANSYS Fluent CFD 模擬（約 1,200 萬元素模型）進行測試：

專業工作站不是奢侈品，而是保證模擬可靠性與效率的必要投資。CAE 軟體的演算法再精準，也無法突破硬體架構的限制。CPU 計算、RAM 容量、GPU 加速與儲存 I/O 的每一環，都直接決定了求解時間與結果可靠性。這就是為什麼國內外大型工程公司（例如汽車 Tier1、航太、半導體設備商）幾乎都採用 ISV 認證過的 DELL Precision 工作站 作為標準運算平台。

專業工作站的重要性與 ISV 認證

在前一部分我們已經看到，CAE 軟體對 CPU、RAM、GPU 與 I/O 都有高度依賴。那麼問題來了：為什麼不直接用高階遊戲桌機或者自組 PC 呢？答案在於 穩定性、可靠性與 ISV 認證。

ISV 認證：工程軟體的官方背書

ISV（Independent Software Vendor）認證 是指硬體製造商與軟體開發商合作測試，確保特定硬體平台能穩定運行軟體。

對 CAE 軟體來說，ISV 認證能帶來三大好處：

• 穩定性保障:確保長時間高負載模擬過程中不會發生死機、資料損毀或 Solver 崩潰
• 效能最佳化:工作站的 BIOS、記憶體通道配置、PCIe 路徑與 GPU 驅動均經過優化，能發揮軟體最大運算效率
• 技術支援與保固加值:若模擬過程出現問題，可獲得官方認證支援；非認證硬體可能無法獲得完整支援

專業工作站 vs 自組桌機

對於高階模擬專案，專業工作站是長期效率與資料安全的保證。

DELL 工作站與群輝商務科技的整合優勢

在台灣，群輝商務科技作為 DELL 工作站的整合代理，提供完整的 硬體＋軟體＋服務 方案：

1.硬體配置建議：

根據模擬軟體特性（結構、流體、多物理場）推薦 CPU、GPU、RAM 與 SSD 組合。例如：ANSYS Fluent 需雙 Xeon W9 + RTX 6000Ada + 256GB RAM + PCIe Gen4 NVMe SSD。

2.ISV 認證保障：

確保每台 DELL Precision 工作站皆符合 ANSYS、Abaqus、STAR-CCM+、COMSOL 認證規範。

3.長期維護與支援：

群輝提供整合性服務，包括系統安裝、測試、硬體升級與備援方案。在模擬運算過程中出現效能或穩定性問題，可快速協助排除。

4.遠端協作與資料管理：

可搭配 Synology NAS 與 10GbE 網路，讓多位工程師共享模擬資料，提升團隊運算效率。

選購指南

1.依軟體選 CPU 架構

• 結構分析（Abaqus / ANSYS Mechanical）：高頻優先
• 結構分析（Abaqus / ANSYS Mechanical）：高頻優先
• 多物理場模擬（COMSOL / ANSYS Multiphysics）：平衡架構

2.記憶體與儲存

• RAM 至少 256GB，建議 ECC + 多通道
• 模擬資料碟使用 PCIe Gen4 NVMe SSD
• 大型團隊建議搭配 NAS 或 SAN 解決資料管理

3.GPU 配置

• NVIDIA RTX Ada系列為首選
• CFD / 熱分析優先考慮 GPU 求解加速
• 結構分析則可搭配 GPU 進行後處理可視化

4.穩定性與支援

• 選擇 ISV 認證工作站，確保長時間運算穩定
• 提供完整維護與硬體升級方案的代理商

總結

CAE 模擬軟體是現代研發不可或缺的工具，但它的威力取決於硬體的支撐。選對硬體，才能真正發揮 ANSYS、Abaqus、STAR-CCM+、COMSOL 的潛力。

對於希望在 CAE 領域獲得競爭優勢的企業與團隊，專業工作站 + ISV 認證 + 完整整合服務，絕對是不可或缺的關鍵組合。若您需要專業工作站的產品諮詢，歡迎與我們聯繫。