Symulacje w F1

To nie opony pozwalają na pokonywanie zakrętów z przyspieszeniem 3 g i większym - gdyby nie siły aerodynamiczne, dociskające samochód do podłoża, przyczepność opon byłaby bezużyteczna. Możemy się czasem przekonać o tym, gdy w wyniku jakichś zdarzeń na torze któryś z samochodów straci spoiler czy inny element nadwozia. Po prostu nie jest w stanie jechać! Charakterystykę aerodynamiczną projektuje się więc na podstawie badań i testów w tunelu aerodynamicznym. To sporo kosztuje, ale znacznie istotniejsza jest czasochłonność takich badań - każdą testowaną zmianę należy fizycznie wprowadzić do specjalnie w tym celu zbudowanego modelu. A czasu jest niewiele - przerwa pomiędzy sezonami wyścigowymi trwa zaledwie kilka miesięcy.

Rozwiązaniem problemu jest symulacja komputerowa - testowanie cyfrowego modelu bolidu w cyfrowym tunelu aerodynamicznym. Prace nad cyfrową symulacją zjawisk aerodynamicznych dla celów sportu samochodowego prowadzone są od przeszło 10 lat. Przeznaczone do tego wersje oprogramowania Computational Fluid Dynamics - CFD rozwijane były przez firmę Fluent Europe od 1993 roku, zaś nad symulacją aerodynamiki firma ta pracuje już od dwudziestu kilku lat.

Oprogramowanie o sprawdzonej skuteczności jest. Pozostaje tylko platforma sprzętowa, o takiej wydajności, by komputerowe modelowanie i symulacje przyniosły znaczne przyspieszenie prac w porównaniu do konwencjonalnych badań w tunelu aerodynamicznym. Symulacja przepływu cieczy i gazów, szczególnie w przypadku modeli o większej złożoności, stanowi dość poważne zadanii obliczeniowe, więc i zastosowany sprzęt powinien być poważny.

Jeśli chodzi o dostęp do technologii informatycznej, zespół BMW Sauber ma dość uprzywilejowaną pozycję - Official Corporate Partner zespołu to Intel Corporation, największy i najbardziej zaawansowany technologicznie producent procesorów. Nic więc dziwnego, że przeznaczony dla teamu kompter zaprojektowano, można powiedzieć, z rozmachem. Zawiera on 512 procesorów Intel Xeon 5160, zgrupowanych w 256 węzłach obliczeniowych (nodach), połączonych siecią Quadrics. Maszyna została zbudowana przez szwajcarską firmę Dalco AG w ośrodku badawczym BMW Sauber w Hinwil, w Szwajcarii, a jej bardzo charakterystyczną cechą, stosunkowo rzadko spotykaną w klastrach, jest zastosowanie wodnego chłodzenia. Nadano jej nazwę Albert.

Zanim zajmiemy się wydajnością Alberta2 , przyda się nam rzut oka na procesor Intel Xeon 5160. Pracujący z zegarem o częstotliwości 3,0 GHz układ jest wciąż, mimo, że od uruchomienia Alberta minęło już trochę czasu, najszybszym spośród procesorów o architekturze Core 2. Każdy z jego dwóch rdzeni obliczeniowych nie ma sobie równych, jeśli chodzi o wydajność przetwarzania pojedyńczych wątków programu, zarówno w operacjach arytmetyczno-logicznych, jak i zmiennoprzecinkowych. Dlaczego mowa o wydajności w pojedyńczych wątkach? Warto wiedzieć, że oprogramowanie klasy HPTC (High Performance Technical Computing), przygotowywane do pracy na klastrach, jest z reguły optymalizowane tak, by przy szczytowych obciążeniach poszczególne rdzenie obliczeniowe procesorów wykonywały po jednym pracochłonnym wątku programu, bez przełączania pomiędzy wątkami.

Co potrafi 512 Xeonów 5160 Szczytowa wydajność obliczeniowa maszyny wynosi 12,228 Tflops. Wydajność mierzona benchmarkiem Linpack jest oczywiście niższa i wynosi 9,604 Tflops. Warto zauważyć stosunkowo niewielką różnicę pomiędzy wydajnością szczytową i mierzoną - zwykle w klastrach jest ona znacznie większa. To zasługa dobrego rozplanowania topologii sieci Quadrics, łączącej klaster, a także dużej szybkości transmisji samej sieci.

Dzięki wydajności zastosowanych procesorów i ich liczbie, Albert2 ma osiągi plasujące go obecnie na 60. pozycji listy Top500, klasyfikującej najpotężniejsze superkomputery świata, jest zarazem najsilniejszą maszyną wykorzystywaną w Europie do celów pozanaukowych. Równocześnie, w swojej klasie wydajnościowej, jest jedną z najmniejszych gabarytowo konstrukcji, a jego wymagania co do środowiska pracy nie są tak wygórowane, jak większości maszyn kategorii HPTC (High Performance Technical Computing). Zawdzięcza to oryginalnej konstrukcji i zastosowaniu wodnego chłodzenia.

Albert2 dysponuje wydajnością przeszło pięciokrotnie większą od tej, z jaką zaczynał prace zaspół BMW Sauber. To duży skok, ale apetyt rośnie w miarę jedzenia. Dziś zarówno inżynierowie teamu BMW Sauber, jak i programiści z Fluent Inc. są bardzo zadowoleni z wydajności Alberta2. Co będzie jednak, gdy zechcą wprowadzać do badań kolejne, nowe elementy i nowe czynniki oddziaływania? Czy wydajności nie zabraknie? W przypadku architektury klastrowej problem zwiększania wydajności daje się częściowo rozwiązać przez dokładanie nowych węzłów obliczeniowych. Ale Albert2 ma w zanadrzu przygotowaną na taką okazję sztuczkę, która pozwoli mo obyć się bez takiej rozbudowy. Zbudowany został co prawda przy użyciu najszybszych dostępnych w czasie jego budowy procesorów Intel Xeon 5160, ale są to przecież układy dwurdzeniowe. W razie potrzeby zwiększenia wydajności nie będzie żadnym problemem zastąpienie ich dostępnymi nawet już dziś układami czterordzeniowymi, co pozwoli uzyskać blisko dwukrotny wzrost mocy obliczeniowej bez poważniejszych modyfikacji czy fizycznej rozbudowy maszyny.

Albert ma więc ukryty zapas mocy - w sporcie samochodowym zapas mocy jest nieoceniony, więc i Albert2 powinien dobrze się spisywać na torze. No, może nie bezpośrednio na torze, ale przecież po torze będą jeździć terabajty wyników jego pracy, w postaci bolidów BMW Sauber. Sezon wyścigowy zaczyna się już niedługo, 18 marca - pracuj Albert, pracuj!